最終講義-脳の不思議を科学する飛松省三
臨床神経生理学分野
2020年2月20日

臨床神経生理学:ヒトの脳機能をシステム的に研究する
ヒトの社会行動
教育学
心理学
経済学
・・・

Behaviors
ヒトを対象とした脳研究

Systems
10-1 (m)Networks
Neurons

医学
10-6

Synapses
動物を対象とした脳研究

Molecules
10-9

Genes

黒岩義五郎先生のMOTTOSKEEP PIONEERING
BE PUNCTUAL (5分前の精神)
拙速
人の和
言葉は短く
BE PERSISTENT (CONTINUE)
喧嘩は巧く
率直
九州大学神経内科初代教授
八方破れの構え
臨床を大切に受け持った患者を徹底的に(机上のテーマはだめ)
患者からヒントを(Denny-Brown)
犬も歩けば棒に当たる(広く動け)
心理の分かるアンテナをもて決断を診断に

脳の不思議-其の壱

脳は遺伝子より環境

ヒトの脳の進化

Use-dependent plasticity

ヒトの脳は大脳新皮質が高度に発達
ネズミ

ネコ

サル

帯状回
ヒト
後脳梁膨大皮質脳梁下回梨状葉皮質

海馬傍回

内嗅領皮質と周嗅領皮質
新 皮 質 (新 外 套 )異 皮 質 (古 外 套 )と 傍 異 皮 質 (中 間 外 套 )チンパンジーとヒトのゲノムの差:1.23%！

動物における脳重と体重との相関

脳化指数（ＥＱ）

ヒト

1,2: 肉食恐竜, 3-6: 草食恐竜
EQ=[定数] × [脳の重量] ÷ [体重]2/3

昭和54年(1979) 3月 九州大学医学部卒業 (脳研神経内科)
昭和54年(1979) 6月 九州大学医学部附属病院研修医 (脳研神経内科)
昭和55年(1980)12月 九州労災病院神経内科医師
昭和56年(1981)12月 九州大学医学部医員 (脳研神経内科)
身につけた電気生理学的手技
1. SEP 2. VEP 3. ABR 4. EEG-EMG ポリグラフ記録
5. Jerk-locked back averaging 6. Long-loop reflex
三栄測器 7T08

当時の誘発脳波計は未熟(お粗末)オールインワンタイプではない
・加算平均ソフトは毎回カセットテープでインストール
・電極ボックス、アンプ、刺激装置は別・BNCケーブルでの配線が複雑
・結果は磁気テープに保存
・X-Yプロッターで印刷

第12回日本脳波・筋電図学会 1982年10月29日 (於 米子)

EEG J(国際臨床神経生理学連合(IFCN)機関誌)に掲載された論文
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Electrophysiological studies of myoclonus in sialidosis type 2. 60, 1985.
Multimodality evoked potentials in patients and carriers with adrenoleukodystrophy and adrenomyeloneuropathy. 62, 1985.
Electroretinograms to checkerboard pattern reversal in cats: physiological characteristics and effect of retrograde degeneration of ganglion cells. 73, 1989.
Clinical relevance of phase of steady-state VEPs to P100 latency of transient VEPs. 80, 1991.
Effect of check size on the pattern reversal visual evoked potential. 80, 1991.
Origin and distribution of brain-stem somatosensory evoked potentials in humans. 80, 1991.
Age-related changes in pattern visual evoked potentials: differential effects of luminance, contrast and check size. 88, 1993.
Periodic synchronous discharges and visual evoked potentials in Creutzfeldt-Jakob disease: PSD-triggered flash VEPs. 90, 1994.
The interaction of the somatosensory evoked potentials to simultaneous finger stimuli in the human central nervous system. A study using direct
recordings. 96, 1995.
10. Normal variability of the amplitude and phase of steady-state VEPs. 100, 1996.
11. The effect of binocular stimulation on each component of transient and steady-state VEPs: 100, 1996.
12. Jerk-locked back averaging and dipole source localization of magnetoencephalographic transients in a patient with epilepsia partialis continua. 103, 1997.
13. Visual evoked potentials in the vicinity of the optic tract during stereotactic pallidotomy. 104, 1997.
14. Different effects of cholinergic agents on responses recorded from the cat visual cortex and lateral geniculate dorsalis. 104, 1997.
15. Visual evoked potentials in schoolchildren: A comparative study of transient and steady-state methods with pattern reversal and flash stimulation. 110,1999.
16. Parvocelluar and magnocellular visual processing in spinocerebellar degeneration and Parkinson's disease: An event-related potential study. 110, 1999.
17. Steady-state vibration somatosensory evoked potentials: Physiological characteristics and tuning function. 110, 1999.
18. The effects of spatial frequency on chromatic and achromatic steady-state visual evoked potentials. 110, 1999.
19. Differential interaction of somatosensory inputs in the human primary sensory cortex: A magnetoencephalographic study. 111, 2000.
20. The soleus late response elicited by transcranial magnetic stimulation reflects agonist-antagonist postural adjustment in the lower limbs. 112, 2001.
21. Different patterns of excitation and inhibition of the small hand and forearm muscles from magnetic brain stimulation in humans. 113, 2002.
22. The long-term effects of antiepileptic drugs on the visual system in rats: Electrophysiological and histopathological studies. 114, 2003.
23. Interhemispheric functional synchronization at the first step of visual information processing in humans. 115, 2004.
24. Subclinical cranial nerve involvement in hereditary motor and sensory neuropathy: A combined electrical and magnetic stimulation study. 115, 2004.
25. Left hemisphere specialization for rapid temporal processing: A study with auditory 40 Hz steady-state responses. 116, 2005.
26. Functional characterization of mismatch negativity to a visual stimulus. Clin Neurophysiol, 116, 2005.
27. EEG findings in early-stage corticobasal degeneration and progressive supranuclear palsy: A retrospective study and literature review. 117, 2006.
28. Altered soleus responses to magnetic simulation in pure cerebellar ataxia. 118, 2007.
29. Premovement gating of somatosensory evoked potentials by self-initiated movements: the effect of aging and its implication. 120, 2009.
30. Decreased spatial frequency sensitivities for processing faces in male patients with chronic schizophrenia. 120, 2009.
31. Neural responses in the occipital cortex to unrecognizable faces. 122, 2011.
32. Transcranial direct current stimulation over the motor association cortex induces plastic changes in ipsilateral primary motor and somatosensory cortices.
122, 2011.
33. Age-related changes across the primary and secondary somatosensory areas: An analysis of neuromagnetic oscillatory activities. 125, 2014.
34. Proposal for a new MEG-MRI co-registration: A 3D laser scanner system. Clin Neurophysiol, 125, 2014.
35. Monaural 40-Hz auditory steady-state magnetic responses can be useful for identifying epileptic focus in mesial temporal lobe epilepsy. 130, 2019.
36. A novel method for extracting interictal epileptiform discharges in multi-channel MEG: Use of fractional type of blind source separation. 131, 2020.

シカゴ・ロヨラ大学神経内科(1985年10月～1987年10月)

脳の不思議-其の弐

ヒトの視覚チャネル

Principles of Neural Science, 4th Ed, 2000

網膜電図の発生源
網膜構成組織光

フラッシュERG(発生源)

パターンERG
(発生源)

ERG波形
パターンERG(明順応下)
P50

神経節細胞 (G)−

ミューラー細胞 (M)−アマクリン細胞 (A)

律動様小波

P50

フラッシュERG(暗順応下)

双極細胞 (B)
水平細胞 (H)b波−

視細胞 (P)杆体 (R)
錐体 (C)

a波

−b

律動様小波

aCR

ネコ視神経切断前後の網膜電図の変化
輝度,空間周波数チャネル
術前

1ヶ月後

5ヶ月後

0.1 cpd

0.3 cpd

0.51 cpdb(p)0.75 cpdc(p)+1.1 cpd

5 mV

50 ms/div

ネコ視神経切断前後の網膜電図の変化
術前

１ヶ月後

5ヶ月後

青

赤b+

白

200 mVa25 ms/div

+5 mV

フリッカー
15 ms/div

視神経切断による網膜神経節細胞の消失
Cross Section of Retina

対照

5ヶ月後

Whole Mount Retina並列的視覚情報処理加藤元博
臨床神経生理初代教授

視覚刺激の要素(チャネル)
 輝度
 コントラスト 色 空間周波数
 時間周波数

S.E. Palmer: Vision science. Photons to phenomenology
MIT Press, Cambridge, MA (1999) p. 810

視覚刺激は種々の空間周波数成分に分解される
A 視覚刺激B 空間周波数

縦縞

白f
1度

格子縞f3f
5f7f

黒C フーリエ解析

D 写真の再合成

Steady-stateTransiente. B/W 2 cpd

a. Checks 30’

5 mV

P100
0N120

b. R/G 2 cpd

N95

c. B/W 5.3 cpd

t1

t2

t2

t1

d. 仮現運動
5 mV

P1200100

200

300 ms1000

2000 ms

脳の不思議-其の参
色感受性てんかんの存在光感受性てんかん

ポケモン

ポットヌードル

脳波・臨床所見のまとめ
光刺激EEG
突発波 (+)

光突発反応(+)
12 例

10 例
突発波(-)

Group A 光・色感受性を伴うてんかん症候群
Group B 光・色感受性てんかん

2 例

20 例

光突発反応(-)
8 例

突発波(-)
8 例

Group C 色感受性てんかん

PPRに対する刺激頻度の影響
3 Hz

白/黒青/赤

6 Hz

8.6Hz

10 Hz

N.T. 8 M

12 Hz

F3F4C3C4P3P4O1O2T3T4T5T6F3F4C3C4P3P4O1O2T3T4T5T650mV
1 sec

色感受性てんかんの発症機序
網膜視覚野(V1)GR
R- +G+

赤-緑は拮抗green -゜1 spot

0246

゜ spotgreen - 15

02

red - 1゜ spot

024646

red - 15゜ spot0246

赤-青は促通red lightblue light0

Harding GFA, Nat Med, 1998

2.3

4.3

6

Livingstone & Hubel, J Neurosci, 1984

ロンドン

頭を開けずに脳を見る,測る,探る！
in vivo neuroimaging
電磁気生理学的方法
128ch 脳波計

16ch 誘発脳波計

306ch 脳磁計

磁気刺激

脳機能イメージング
機能的MRI

48ch 光トポグラフィー

脳機能研究: 場所と時間を決める

脳の不思議-其の四

ヒトにとって顔は特別

顔の倒立効果

サッチャー錯視意識的・無意識的顔情報処理

Supra

Sub
Tamietto & de Gelder, Nat Rev Neurosci, 2010

識閾下,閾値,閾上での顔・物体の差

P1,N1:識閾下で有意差

N170:閾上刺激のみ有意差
Mitudo et al, Clin Neurophysiol, 2011

空間周波数で顔・表情認知の反応が修飾される

Nakashima T et al., Clin Neurophysiol, Neurosci Res, 2008

統合失調症では顔の空間周波数感受性が低い

Obayashi et al, Clin Neurophysiol, 2009

脳の不思議-其の伍
漢字・仮名は別経路処理

漢字・仮名の二重神経回路仮説(岩田 誠,1984)

A: 聴覚野(ベルニッケ領域)、AG: 角回、S: 体性感覚野、
T: 左側頭葉後下部、V: 視覚野

文字の画像フィルタリング処理

事象関連電位
総加算平均波形

電位分布 仮名(語)

－6μV

脳磁図
BSF漢字（易）

P100
8μV

0 100

400800ms＜後頭面＞

N170－6μV

8μV
0 100

400800ms

＜後頭面＞
RMS

N400-6μV

0 100

400800ms＜頭頂面＞―漢字（易） ―漢字（難）―仮名（語）・・仮名（非語） ・・スクランブル

ダイポール：左側頭後下部

事象関連電位の結果
目的実験1
各誘発成分の意義

SFBSF

P100ERPN170成分N400
画像特性（FFT）実験2
空間周波数の文字への効果

LSF

HSF
漢字で獲得年齢による潜時差

両側後頭優位
左右差なし

物理的形態処理
文字で左後側頭下部優位

文字形態処理仮名語が漢字より早く処理

文字で中心部優位
ScWで同定不可

漢字で獲得年齢による潜時差なし

意味処理
仮名に多い

漢字に多い

Horie et al., Neurosci Res, 2012

機能的MRI
BSF

HSF

LSF

L

漢字vs
仮名

L

R

L

有意差なし

R

漢字の読みには左下側頭領域で特にHSFが重要

仮名vs
漢字

有意差なし

仮名の読みには左下頭頂領域で特にLSFが重要
Horie et al., NeuroImage, 2012

半視野刺激による顔・文字認知: M170成分の側方性＋＋

右半球00200400

fT/cm

500

500

005.6 °

Time (ms)

2.5＋°
4°

1000200*0Time (ms)＋

右半球1000500

04002002.5＋°

500

0400

Time (ms)

5.6°

fT/cm

fT/cm

*

左半球

*1000

fT/cm

左半球
1000

*0200

400

Time (ms)＋2.5°

仮説 顔認知 ⇒右半球でより大きなM170反応
文字認知⇒左半球でより大きなM170反応
結果 文字認知における左半球の重要性が証明された
顔認知は両方の半球で行われていた⇒読字能力を獲得⇒顔関連の脳領域の一部が文字認知の役割を果たす
Inamizu et al., Neurosci Res, in press

脳の不思議-其の六

脳機能の可塑性

非侵襲的脳刺激法(NIBS)
脳磁気刺激(TMS)

脳電流刺激(tES)ニューロリハビリテーションへの応用
経頭蓋直流電流刺激(tDCS)

経頭蓋磁気刺激(TMS)

V１
補足運動野(SMA)/背側運動野(PMd)に対する陽極(陰極)tDCS⇒運動野の興奮性↓ (↑)
感覚野の興奮性↑ (↓)
SMA

M1

V5inionS1後頭部磁気刺激
低頻度反復⇒視覚野の興奮性↓
2発反復持続⇒視覚野の興奮性↑PMd抑制
NeuroReport, 2006; Clin Neurophysiol, 2011;
Brain Stimul 2013, 2014; 2019, PLoS One, 2016
J Physiol 2019.

M1の興奮性:tACSの効果は位相・刺激周波数に依存する

Nakazono et al. PLoS One, 11(9): e0162521, 2016

αtACSが視覚誘発電位とコントラスト感度を調節する

Contrast sensitivity

Nakazono et al. Brain Stimul, 2020

修正版虚血神経ブロックは対側半球内S1-M1の機能を調節する

Hayashi et al. J Physiol, 597: 3249-3503, 2019.

脳の不思議-其の七
脳の中の時計脳の中の時計は2つある
left SMC

SMArPPCrDLPFC

Battelli et al, 2006

自動的時計(連続的動き):一次感覚・運動野, 補足運動野,小脳
認知的時計(注意と作業記憶):
右背外側前頭前野, 右頭頂葉後部

Cognitiveright CB

Lewis & Miall, 2006

Automatic

脳の中の時計: 時間縮小錯覚

芸工院 中島祥好 先生

T1<T2

T1=T2

T1>T2

NeuroQuantology, 2009; Neural Comput Appl, 2011; Front Psychol. 2014

脳の不思議-其の八
認知症はなぜ迷子になるのか

認知症:海馬だけでなく頭頂葉の障害
 ADでは視空間認知障害 (迷子, 運転のミスなど)の頻度が高い→ Optic flow (OF)の認知障害が注目されている
 OFとは・ヒトが移動(歩行乗り物など)する際に生じる外界の動き・多方向性で奥行きのある放射状の動き・自己運動知覚に関与 AD, 軽度認知機能障害(MCI)の電気生理学的診断バイオマー
カーの探索
HO刺激

OF刺激
Yamasaki et al., J Alzheimers Dis, 2012

MCIでは一次視覚野の機能は正常
等輝度赤/緑刺激

N120 潜時:
健常者 = MCI

N120Oz
健常者
MCI

2μV
50 ms

低コントラスト白黒刺激Oz

位相:健常者 = MCISSRFFT * 2F (16 Hz)

健常者

MCI
2μV

400 ms8 16 24 32 40 (Hz)Yamasaki et al., J Alzheimers Dis, 2016

MCIでは高次視覚野・背側系の障害がある
顔刺激
PO8

N170

中立顔
幸福顔
怒り顔

健常者
MCI

N170潜時:
健常者 < MCI

2μV
100 ms
N170

漢字・かな

かな
漢字

PO7
健常者

放射状OF刺激
P4
健常者
MCI

かな
健常者 < MCI

2μV

MCI

N170潜時:漢字
健常者 = MCI

100 msN170

N170潜時: 健常者 = MCI
P200潜時: 健常者 < MCI

P200
2μV
100 msYamasaki et al., J Alzheimers Dis, 2016

OF-VEPは，高精度にMCIを識別可能！
記憶障害の程度とも相関！

 ROC解析
N170, P200ともAUC 0.8以上であり，MCIと健常老年者の識別能は高精度 (一般にAUC≧0.8で，診断能は高精度)

 相関分析
N170, P200とも短期記憶能力の程度と相関あり

Yamasaki et al., J Alzheimers Dis, 2016

ウェアラブル脳波計の開発とタッチパネルによるオプティクフロー認知

意匠出願 九大式ヘッドセットSAMURAI型（K2018-0120）

特願2019−101022

脳の不思議-其の九
パーキンソン病は何故すくむ大脳基底核・皮質運動回路の障害

パーキンソン病

fMRIによる自己ペース運動と外的ペース運動の見える化
Thalamus/Putamen

Supplementarymotor area (SMA)

Premotor
Area (PM)Sensori-motor
Cortex (SMC)

自己ペース

外的ペース

R

Finger-to-thumb opposition movements with the left hand
Structural equation modeling (SEM)

Taniwaki et al. J Neurosci, 2003; NeuroImage 2006, 2007; Brain Res, 2013

パーキンソン病では自己ペース運動のみが障害される
自己ペース運動外的ペース運動

若年成人

健常高齢者

R

パーキンソン病

J Neurosci, 2003; NeuroImage 2006, 2007; Brain Res, 2013

脳の不思議-其の拾

自閉症はコネクトパチーである

自閉症の主な症状
 社会的コミュニケーションの困難と限定された反復的な行動や興味, 活動が表れる障害.
 相手の顔を認識すること, 表情を理解すること, 相手の表情を見て行動すること, が苦手.
 サヴァン症候群: 驚異的な記憶力や曜日、暦の計算などの突出した能力を持つ.

NCNP: 神尾陽子 先生

高機能自閉症の事象関連電位研究
1) 視覚情報の自動処理過程は保たれるが, トップダウン的処理に障害がある (Res Autism Spectr Disord. 5: 201-209, 2011).
2) V1でのM系機能は温存されているが, 色処理系のP系障害がある (Res Autism Spectr Disord. 5: 400-407, 2011).
3) 閾上刺激の顔認知障害だけでなく, 情動顔に対する無意識的な閾下顔処理の異常がある(Res Autism Spectr Disord. 5:277-285, 2011).
4) OF認知が選択的に障害されており, 腹-腹側系(下頭頂小葉)の障害がある(Res Autism Spectr Disord. 7: 710-720, 2013).
5) V1における色処理系の機能低下はあるが, 形態処理系の機能亢進を認めた. また, V4での顔認知の異常があり, 多階層レベルでの腹側系障害が示唆された（PLoS ONE 2017 Feb1;12(2): e0170239）.
病態は単一の脳領域の障害ではなく, 複数の脳領域間の複雑な機能的・構造的な脳内ネットワークの障害が本質である.

自閉症における非定型的視覚認知障害の機序
1) Enhanced and impaired processing co-exist
within the lower visual area (V1).
2) Local information integration from lower
visual areas (V1) is impaired in higher-levelvisual areas after V4 and V5/MT.
3) The dorsal attention network is impaired
while the ventral attention network is intact inASD.

Impairment

Impairment

Enhancement

These complex functional alterations invisual and attention networks suggest
the possibility of altered connectivity
within and between distributed brain
regions, instead of local deficits in specificbrain areas in ASD.

ASD is a “connectopathy”
Yamasaki et al., Front Neurosci, 2017

Total View: 6468

余談ですが...

飛松天神社

教育に関して

医学科・生命科学科2年・統合生理学

医学科3年・神経(2019年11月12日)(2020年1月24日)

保健学科・検査技術科3年・生理機能検査学

生命科学科3年・生体情報機能学(2019年7月26日)(2019年10月9日)

To teach is to learn twice
Joseph Joubert (1754-1824)

指導する 90%

自ら学びひとに教える体験する 75%

討論する50%

発表する30%
本を読む 10%

講義を聴く 5%

黒岩義五郎教授のお言葉

虎は死して皮を留め、研究者は死して論文を残す

臨床神経生理三部作

2016年累計11k ダウンロード

2016年
累計600部2017年
累計500部

ナビシリーズ三部作

2016年
累計4850部

2017年
累計1500部

2019年
累計1800部

脳波三部作2016年
累計4850部

2018年
累計2600部

2019年
累計1800部

2013年度日本神経学会Excellent Teacher賞

日本臨床神経生理学会 島薗賞受賞

Be a Master!!(達人)Master: Expert who
relishes the unknown, or
the situation that breaks
the rules – who theexperts go to for help –don’t know what theyknow

良き師(Mentor)に出会うこと
1. 学問の師 (Master)
2. 患者さん (Patients)

3. 同僚 (Colleagues)

2019年10月21日(於 シカゴ)謝辞
九州大学臨床神経生理加藤元博 (名誉教授)
現スタッフ: 山下謙一郎, 上原 平
元スタッフ: 谷脇考恭 (久留米大学神経内科教授), 後藤純信 (国際医療福祉大学教授), 緒方勝也 (国際医療福祉大学教授),山崎貴男, 大石文芽, 前川敏彦, 萩原鋼一
学振PD: 光藤崇子, 浦川智和, 黒田剛士, 蓮尾絵美
学振DC: 中島大輔, 長池 淳, 菊池良和, 山田絵美, 久米迪子, 中薗寿人,
竹田昴典
大学院生: 黒田智美, 堀江 静, 木村岳裕, 金森祐治, 本山嘉正, 茶谷 裕,
早水真理子, 田中陸英, 高宮尚美, 松原鉄平, 林 隆太郎,谷口奈美
研究生： 鶴澤礼実, 藤田貴子, 桐本 光 (広島大学保健学科教授)
技術補佐員: 山本景子, 染原裕子, 宮永幸佳, 廣永成人, 伊藤春奈
福岡こども病院脳外科部長 森岡隆人
九州大学基幹教育院准教授 岡本 剛
九州大学保健学科教授 重藤寛史
九州大学神経内科教授 吉良潤一

脳は未だブラックホール!

ご清聴ありがとうございました