「仮想脳切除」で言語機能の低下を予測する AI予測モデルを開発

横浜市立大学医学部医学科脳神経外科学教室園田真樹客員研究員（米国ウェイン州立大学ミシガン小児病院小児科?神経内科研究員兼任）、米国ウェイン州立大学ミシガン小児病院小児科?神経内科浅野英司終身教授らの研究チームは、脳外科手術後の生活の質の向上を目的とした人工知能（AI）予測モデルを開発しました。
今回の研究は、术后に生じうる言语机能の低下を、会话中の脳表脳波信号を用いて予测できることを明らかにしました。また、脳表脳波信号を组み込んだ础滨予测モデルが、脳の特定部分を「试し切り（仮想切除）」することで、术后に言语机能が保たれるかどうかを高い精度で予测できました（図1）。
本研究は、现在の标準的诊断法とは全く异なる诊断アプローチを用い、その刷新性が高く评価され、英国学术誌「叠搁础滨狈」に掲载されました。（2022年3月21日オンライン）

研究成果のポイント

会话中の脳表脳波信号を用いて、脳皮质切除术后に言语机能が保たれるかどうかを予测できることを明らかにした
存在位置に个人差がある言语机能を、人工知能（础滨）解析技术による「仮想脳切除」を用いて个别に评価する、という刷新的な诊断方法を提供した

研究背景

薬剤抵抗性てんかん患者に対する外科的治疗を行う际には、「発作を引き起こす原因となる脳の部分はどこか？」という発作の原因となる病的脳领域だけでなく、重要な机能を担う正常脳领域も含め、「どこを切除すると、どのような后遗症が残るのか？」という影响も、あらかじめ正确に把握することが重要です。言语机能を担う脳领域の位置は个人差が大きいとされ、患者ごとに术前评価することが必须となります。现在までに、运动?感覚机能を担う脳机能领域は、机能的惭搁滨や电気刺激法によって个别に评価する方法が确立している一方、言语のような高次脳机能を正确に评価する方法は、依然として未确立です。そこで、脳切除手术を受けた65名の薬剤抵抗性てんかん患者の会话中に6,886箇所より记録された脳表脳波信号を解析し、切除术后の言语机能を予测できるかどうかを検証しました。

研究内容

本研究では、発作の原因となる脳领域を切除する手术をうけた薬剤抵抗性てんかん患者の术后言语机能の変化を、会话中の脳表脳波信号を解析することで予测し得るかを検証しました。続いて、会话中の脳表脳波信号を用いて、机械学习による人工知能（础滨）予测モデルを构筑しました。この础滨予测モデルに、脳表脳波信号を组み込むことで、指定した脳领域を「试し切り（仮想切除）」し、言语机能が保たれるかどうかを高い精度で予测できると报告しました（図2）。
言语机能に関わる脳领域を术前に正确に把握することは必ずしも容易ではありません。机能的惭搁滨は、头を数ミリ动かすと信頼性のある検査结果が得られないという短所があり、脳表电気刺激マッピングは、电気刺激によるけいれんという副作用のリスクがあります。よって、10歳以下の小児患者で言语机能领域を正确に见つけ出すことは、非常に难しいとされていました。今回の研究では、脳表脳波信号という头を动かしてもノイズの入らない方法を採用し、かつ脳表电気刺激データを含めずに予测モデルを构筑したので、10歳以下の患者でも、信頼性の高い结果を得ることができます。

今后の展开

本研究は、术后に生じうる言语机能低下を脳表脳波信号から予测するという新しい诊断アプローチを提示した点で、脳神経外科手术において非常に大きな意义を持つと考えられます。　研究グループでは、本研究で用いた解析技术をさらに発展させ、より安全で信頼性の高い诊断?治疗方法の确立を目指して研究を进めていきます。今后ますますニーズが高まる适切な个别化医疗の発展に大きく寄与していくことが期待されます。

论文情报

タイトル： Naming-related spectral responses predict neuropsychological outcome after epilepsy surgery
著者： Masaki Sonoda, Robert Rothermel, Jeong-won Jeong, Min-Hee Lee, Takahiro Hayashi, Aimee F. Luat, Sandeep Sood and Eishi Asano
掲載雑誌： BRAIN
顿翱滨：

参考図

図1

（図1）仮想切除で予測された言語機能領域と実際の手術で脳切除領域との空間的関係を示した図：症例1では、仮想切除で言語機能低下が予測された脳領域（赤領域）が実際の切除領域に含まれており、術後に言語機能スコア (CELF-4 core language score) の低下を認めていました（左図）。一方、症例2では切除領域には術後言語機能低下が予測された脳領域は含まれておらず、術後も言語機能スコアは保たれていました（右図）。