脳と心の研究センター

概要紹介

脳とこころの疾患に関する神経基盤の解明と、新しい診断方法、治療方法の開発

名古屋大学脳とこころの研究センターは、様々な診療科、学部、研究施設より構成される全学組織であり(図1)、脳とこころに関する研究を、異分野融合形態をとりながら進めていく事を目的としています。大規模なコホート(研究対象集団)を構築し、名古屋大学を中心として、この東海エリア地域に根ざした一大コンソーシアム(連携組織)を形成します。大きな使命としては、① 発達、加齢に伴う脳とこころの構造、機能変化や神経回路の全容の解明、② 脳とこころの疾患の病態解明と治療方法の開発(次世代創薬)、③ 次世代の研究者及び医療従事者の人材育成が挙げられます。
脳神経外科はこのセンターの創立以来、特に脳とこころの疾患の病態解明と治療法の開発の部分で中心的役割を担っています。外科的な介入の利点を生かした数多くの臨床研究が現在進行中です。脳神経外科における革新的な診断、治療方法の開発につながる事を目指しております。
詳細は、脳とこころの研究センター公式Homepage: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/noutokokoro/でご覧ください。

脳と心の研究センター
<図1>

スタッフ一覧

現在の名古屋大学脳神経外科のメンバー

  • 脳神経外科 大学院生柴田 昌志Masashi SHIBATA(平成19年卒)
  • 脳神経外科 大学院生加藤 祥子Sachiko KATO(平成22年卒)
  • 脳神経外科 大学院生石崎 友崇Tomoya ISHIZAKI(平成23年卒)

関連病院在籍メンバー

  • 福島県立医科大学
    脳神経外科准教授
    藤井 正純Masazumi FUJII(平成5年卒)

研究概要

研究方針

1. 安静時fMRI、EEG-fMRI、MEGを用いた高次脳機能ネットワーク解析と次世代の脳外科手術への展開

近年、欧米のHuman Connectome Projectに代表される画像技術は大きく進歩しています。我々は、この中でも安静時fMRI(図2)、脳波MRI同時記録(EEG-fMRI)(図3)、DTI-トラクトグラフィ(図4)、MEGを使った最新画像研究に注目しており、これらで得られた新しい撮像技術、解析技術を脳神経外科手術に応用する頃を目指しています。特にネットワーク的な考え方(hodotopy、図5)を取り入れた、新たな評価法の確立を目指しています。

図2
<図2>

図3
<図3>

図4
<図4>

図5
<図5>

2. 機能連絡解析を駆使したてんかん外科コネクトームマップと定位的脳波記録による実証

非侵襲的焦点及び伝播経路診断の為のてんかん外科コネクトームマップを新規に開発し、ステレオ脳波記録で実証する計画を立てています。これには①我々が既に先行実施している脳波-安静時 fMRI 同時記録と脳磁図を、更に新規な手法で解析し、てんかん性の機能連絡変化を捉える事で焦点及び伝播経路を推測する、②解析結果からてんかん原性域、伝播経路、症状発現域、機能低下領域を表示した術前マップを新規に作成する、③定位手術ロボットで脳内電極を安全かつ正確に留置し、電気生理学的にマップの整合性を実証する(図6)、の三つを達成目標としています。本研究の達成は、てんかんネットワークの解明に貢献し、異常回路遮断と正常回路回復を目的とした新規のてんかん制御手術の実現を促進するものと考えます。

図6
<図6>

3. 多様なmodalityによる振戦の病態解明とFUSやDBSにおける病態修飾

本態性振戦やパーキンソン病の振戦症状の理解にはネットワークとしての理解が必要であり、また非運動症状や、個体間の症状の多様性を解明する為にもこのアプローチが必要です。この様な各病態の背景にあるネットワーク異常を安静時fMRIやMEGによる解析で明らかにし、従来の視床凝固術や脳深部刺激術に加え、近年日本でも臨床導入されたMRガイド下集束超音波治療(図7)により、ネットワークがどのように修飾され、症状の改善に結びつくのか解明することが本研究の主題です。本研究の達成により、ネットワーク的な病態の解明と治療法の選択に有用なバイオマーカーの確立を目指しています。

図7
<図7>

他にも連携研究者による研究で次の様なものがあります。
  • 安静時機能的MRIによるもやもや病患者の脳神経ネットワークの解析(岡本奨先生、坂本悠介先生)
  • 安静時機能的MRIを使用した特発性水頭症の術前後ネットワークの変化(竹内和人先生)
  • 術中情報を統合した4Dナビゲーション・手術支援プラットホームの開発(藤井正純先生)
  • リアルタイム機能的MRI-脳波同時測定装置を用いた時間的空間的脳内神経回路解析(渡辺宏久先生)

研究成果

安静時fMRI、EEG-fMRI、及びMEGを用いた高次脳機能ネットワーク解析と次世代の脳外科手術への展開

温存すべき皮質下連絡の同定:安静時fMRI のICAによる結合性の評価から言語優位野の同定を試みました。覚醒下マッピング症例でDTI線維束と皮質下マッピングの結果を照合する事で重要な連絡路を同定しました。また、てんかん外科にて遮断を要する機能連絡の同定:安静時fMRIをhub解析し健常者コホートと比較する事で、特有の病的ネットワークの描出を試みました。EEG-fMRIでは、てんかん性活動との同期を計測しsub-secondの時間的評価を加えて焦点、伝播について検討しました。③術中ナビゲーションにおける各連絡路と病変の直観的表示:上記情報を統合したマップを作成し、関心領域と対象領域(言語野、体性感覚野、てんかん焦点等)との結合性が表示されるプログラムを作成しました。結果として、①タスクを用いずとも安静時fMRIで90%以上の症例でBroca, Wernicke野が同定できました(図8)。言語機能に重要な線維束として上縦束、弓状束、下縦束、側頭葉内線維束を確認し、加えてfrontal aslant tractの重要性を発見しました(図9)。②EEG-fMRIでは検出された焦点は良好な手術成績と相関し、sub-second解析は伝播を示唆した。hub解析では焦点の近隣でclusterを示し伝播経路との関連を示唆しました(図10)。③コネクトームマップはBrainLAB社のIGTlinkを用いる事で術中ナビゲーションとして実用可能でした(図11)。今後は症例を重ねてその有用性を検討し、更に改良を加えていきます。コネクトームマップに立脚した手術計画は、新たな皮質下機能温存腫瘍摘出手術、新たなてんかん制御の為の遮断術の確立を導くものと考えています。

その他の研究の成果も、順次報告していきます。脳神経外科分野以外の研究で、ご興味があれば、脳とこころの研究センターのページもご覧ください。
脳とこころの研究センター公式Homepage: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/noutokokoro/

図8
<図8>

図9
<図9>

図10
<図10>

図11
<図11>

共同研究

センターでの研究はすべて、他施設融合型、横断型であり、いわゆる共同研究となっています。

主な業績の紹介

  1. Maesawa S, Bagarinao E, et al. Use of Network Analysis to Establish Neurosurgical Parameters in Gliomas and Epilepsy. Neurologia medico-chirurgica. 15;56(4):158-69, 2016
  2. Fujii M, Maesawa S, et al. Neural Basis of Language: An Overview of Evolving Model. Neurologia Medico- Chirugica. Epub ahead of print, 2016
  3. 前澤聡、二村美也子ら.Hodotopyと言語. annual review神経2016. p14-20,2016
  4. 脳神経外科手術におけるhodotopyに基づいた脳機能評価:前澤聡、藤井正純、若林俊彦. Clinical Neuroscience. 33(12), 1426-8, 2015
  5. 二村美也子、前澤聡ら.覚醒下開頭術中に二か国語共通領域と一言語特異的領域が確認されたバイリンガルの一例. 高次脳機能研究 35(4):356-362, 2015
  6. 松井泰行、前澤聡 ら. 覚醒下開頭術における高次脳機能温存の試み―優位半球背外側前頭前野に注意機能関連領域を認めた一例. 高次脳機能研究35(1) :1-8, 2015
  7. Maesawa S, Fujii M, et al. A case of secondary somatosensory epilepsy with a left deep parietal opercular lesion: successful tumor resection using a transcortical approach via the subcentral gyrus under awake surgery. Journal of Neurosurgery. 124(3):791-8, 2015
  8. Maesawa S, Bagarinao E, et al. Evaluation of resting state networks in patients with gliomas: Connectivity changes in the unaffected side and its relation to cognitive function: PLOS ONE. 10(2):e0118072.2015
  9. Fujii M, Maesawa S, et al. Intraoperative subcortical mapping of a language-associated deep frontal tract connecting the superior frontal gyrus to Broca’s area in the dominant hemisphere of patients with glioma: Journal of Neurosurgery Jun;122(6):1390-6, 2015
  10. Kajita Y, Nakatsubo D, Kataoka H, et al. Installation of a Neuromate Robot for Stereotactic Surgery: Efforts to Conform to Japanese Specifications and an Approach for Clinical Use-Technical Notes. Neurol Med Chir (Tokyo). 55(12):907-14, 2015
  11. 前澤聡ら.島回zone IIおよび深部頭頂弁蓋病変に対するtrans-subcentral gyral approachの有用性、第29回日本微小脳神経外科解剖研究会 講演集100-102, 2015
  12. 中坪大輔, ロボット技術支援定位脳手術. 先端医療シリーズ45 臨床医のための最新脳神経外科 8-1. 2014
  13. Motomura K, Fujii M, Maesawa S, et al. The dorsal inferior fronto-occipital fasciculus fibers in the deep parietal lobe are associated with both reading and writing processes. Journal of Neurosurgery. 121(1):142-8.2014
  14. 前澤聡.てんかん外科の基本-自験例を中心に. 尾北医報, 316, 19-25, 2013