更新日:2019/11/09
◯Contents
  • 局所脳冷却とは
  • 焦点性てんかんに対する局所脳冷却(急性実験:ラット)
  • 焦点性てんかんに対する局所脳冷却(慢性実験:ラット、ネコ、サル)
  • 焦点性てんかんに対する局所脳冷却(臨床研究)
  • 全般性てんかんに対する局所脳冷却(慢性実験:ラット)
  • 脳卒中(脳梗塞)に対する局所脳冷却(急性実験:マウス、ラット)
  • 侵害受容性疼痛に対する局所脳冷却(慢性実験:ラット)
  • 局所脳冷却による血液脳関門透過性の制御(急性実験:ラット)
  • 局所脳冷却の分子基盤(急性実験:マウス、ラット)
  • てんかんに対する局所脳冷却効果のシミュレーション
  • てんかん発作を抑制するための着用型局所脳冷却システムの設計
  • てんかん発作の予知・検出と共に局所冷却効果を確認するための多面的脳活動計測センサ
  • 局所脳冷却によるてんかん発作抑制作用の分子的基盤
  • 主要文献
  • 関連リンク


◯局所脳冷却とは
PaintsChainerで着色(冷却デバイスを除く)
  • 捻挫したときにアイシングをしたり、頭痛の際に濡れタオルでおでこを冷やすように、脳に局在する疾患部位を直接冷却することで、脳を保護する方法です。ただし、皮膚を切開して頭蓋骨を露出し、さらにその頭蓋骨をドリルで削って脳を露出させなければならないため、アイシングや濡れタオルのように簡単に冷却する方法ではありません。


  • 脳を直接冷却するには外科的処置が必要ですが、それでも脳を直接冷却すことが良い場合があります。これはDr.Temple Fayが世界で初めてヒトの脳を冷却しようとした1900年代前半まで遡ります。Temple大学の神経外科教授であったFayは1937年に癌細胞の増殖を抑えるためにがん患者の体温をを32℃まで下げる全身冷却を実施したり、重症頭部外傷患者に対しても同様の全身冷却を実施しその効果を検討してきました(その他1)。そして、その応用版として1950年代に悪性腫瘍の成長を抑えたり頭部外傷に対する治療として、脳を直接冷却する装置を頭蓋内に埋植し冷却を実施しました(その他2)。腫瘍サイズの縮小や症状の改善という冷却による特徴的な効果が確認できていましたが、Fayの研究は第二次世界大戦によって中断され、その後再開されることはありませんでした。
  • Fay自身の研究は中断したものの、脳の冷却は他の研究によって同時期に実施されることで現在まで様々な研究者が冷却による脳機能や脳神経疾患への影響について研究がなされています。

  • 山口大学医学部脳神経外科では、大脳皮質に存在する疾患部位を選択的に冷却することで病態を制御したり疾患を治療したりできる技術を確立しましたた。特に、てんかん性異常脳波に対しては制御目標の温度域が判明し、15~25℃の冷却で正常脳機能を維持しつつ異常脳活動を抑制できることがわかってきました(山口大学5)。さらに、この温度域まで脳温を降下させることで冷却部位におけるグルタミン酸やグリセロール、乳酸の細胞外濃度を下げることができで、異常脳活動の抑制と共に神経保護効果を期待できることがわかりました(山口大学9,10)。以下の各項でこれら局所脳冷却の様々な効果について説明します。


◯焦点性てんかんに対する局所脳冷却(急性実験:ラット)
  • 作成中
  • 文献:山口大学1、2、3、6


焦点性てんかんに対する局所脳冷却(慢性実験:ラット、ネコ、サル)
  • 作成中
  • 文献:山口大学5、11


◯焦点性てんかんに対する局所脳冷却(臨床研究)
  • 作成中
  • 文献:山口大学9、10、12


◯全般性てんかんに対する局所脳冷却(慢性実験:ラット)
  • 作成中
  • 文献:山口大学13


◯脳卒中(脳梗塞)に対する局所脳冷却(急性実験:マウス、ラット)
  • 作成中
  • 文献:山口大学7


◯侵害受容性疼痛に対する局所脳冷却(慢性実験:ラット)
  • 作成中
  • 文献:山口大学4


◯局所脳冷却による血液脳関門透過性の制御(急性実験:ラット)
  • 作成中
  • 文献:山口大学8


◯てんかんに対する局所脳冷却効果のシミュレーション
  • 作成中
  • 文献:NAIST1


◯てんかん発作を抑制するための着用型局所脳冷却システムの設計
  • 作成中
  • 文献:京都大学1


◯てんかん発作の予知・検出や冷却効果を確認する多面的脳活動計測センサ
  • 作成中
  • 文献:熊本大学1、2


◯局所脳冷却によるてんかん発作抑制作用の分子的基盤
  • 作成中
  • 文献:山口大学14


◯主要文献
  • 山口大学
    1. Hirochika Imoto, Masami Fujii, Joji Uchiyama, Hirosuke Fujisawa, Kinihiko Nakano, Ichiro Kunitsugu, Sadahiro Nomura, Takashi Saito, Michiyasu Suzuki
      "Use of a Peltier chip with a newly devised local brain-cooling system for neocortical seizures in the rat"
      Journal of Neurosurgery, Volume 104(1), 150-6, 2006
    2. Nobuhiro Tanaka, Masami Fujii, Hirochika Imoto, Joji Uchiyama, Kinihiko Nakano, Sadahiro Nomura, Hirosuke Fujisawa, Ichiro Kunitsugu, Takashi Saito, Michiyasu Suzuki
      "Effective suppression of hippocampal seizures in rats by direct hippocampal cooling with a Peltier chip"
      Journal of Neurosurgery, Volume 108(4), Pages 791-7, 2008
    3. Takayuki Oku , Masami Fujii, Nobuhiro Tanaka, Hirochika Imoto, Joji Uchiyama, Fumiaki Oka, Ichiro Kunitsugu, Hiroshi Fujioka, Sadahiro Nomura, Koji Kajiwara, Hirosuke Fujisawa, Shoichi Kato, Takashi Saito, Michiyasu Suzuki
      "The influence of focal brain cooling on neurophysiopathology: validation for clinical application"
      Journal of Neurosurgery, Volume 110(6), Pages 1209-17, 2009
    4. Hiroshi Fujioka, Masami Fujii, Hiroyasu Koizumi, Hirochika Imoto, Sadahiro Nomura, Takashi Saito, Takeshi Yamakawa, Michiyasu Suzuki
      "An implantable, focal brain cooling device suppresses nociceptive pain in rats"
      Neuroscience Research, Volume 66(4), Pages 402-5, 2010
    5. Masami Fujii*, Takao Inoue, Sadahiro Nomura, Yuichi Maruta, Yeting He, Hiroyasu Koizumi, Satoshi Shirao, Yuji Owada, Ichiro Kunitsugu, Toshitaka Yamakawa, Tatsuji Tokiwa, Satoru Ishizuka, Takeshi Yamakawa, and Michiyasu Suzuki
      "Cooling of the epileptic focus suppresses seizures with minimal influence on neurologic functions"
      Epilepsia, Volum 53(3), Pages 485-493, 2012
    6. Hiroyuki Kida*, Masami Fujii, Takao Inoue, Yeting He, Yuichi Maruta, Sadahiro Nomura, Kazuhiro Taniguchi, Takuya Ichikawa, Takashi Saito, Takeshi Yamakawa, and Michiyasu Suzuki
      "Focal brain cooling terminates the faster frequency components of epileptic discharges induced by penicillin G in anesthetized rats"
      Clinical Neurophysiology, Volume 123, Pages 1708-1713, 2012
    7. Yeting He, Masami Fujii*, Takao Inoue, Sadahiro Nomura, Yuichi Maruta, Fumiaki Oka, Satoshi Shirao,Yuji Owada, Hiroyuki Kida, Ichiro Kunitsugu, Toshitaka Yamakawa, Tatsuji Tokiwa, Takeshi Yamakawa, and Michiyasu Suzuki
      "Neuroprotective effects of focal brain cooling on photochemically-induced cerebral infarction in rats: analysis from a neurophysiological perspective"
      Brain Research, Volume 1497, Pages 53-60, 2013
    8. Akinori Inamura, Yasuhiro Adachi, Takao Inoue, Yeting He, Nobuko Tokuda, Takashi Nawata, Satoshi Shirao, Sadahiro Nomura, Masami Fujii, Eiji Ikeda, Yuji Owada*, Michiyasu Suzuki
      "Cooling treatment transiently increases the permeability of brain capillary endothelial cells through translocation of claudin-5"
      Neurochemical Research, Volume 38(8), Pages 1641-1647, 2013
    9. Sadahiro Nomura*, Masami Fujii, Takao Inoue,Yeting He, Yuichi Maruta, Hiroyasu Koizumi, Eiichi Suehiro, Hirochika Imoto, Hideyuki Ishihara, Fumiaki Oka, Mishiya Matsumoto, Yuji Owada, Takeshi Yamakawa, and Michiyasu Suzuki
      "Changes in glutamate concentration, glucose metabolism, and cerebral blood flow during focal brain cooling of the epileptogenic cortex in humans"
      Epilepsia, Volume 55(5), Pages 770-776, 2014
    10. Sadahiro Nomura*, Takao Inoue, Hirochika Imoto, Eiichi Suehiro, Yuichi Maruta, Yuya Hirayama, Michiyasu Suzuki
      "Effects of focal brain cooling on extracellular concentration of neurotransmitters in patients with epilepsy"
      Epilepsia, Volume 58(4), Pages 627-634, 2017
    11. Takao Inoue*, Masami Fujii, Hiroyuki Kida, Toshitaka Yamakawa, Yuichi Maruta, Tatsuji Tokiwa, Yeting He, Sadahiro Nomura, Yuji Owada, Takeshi Yamakawa, Michiyasu Suzuki
      "Epidural Focal Brain Cooling Abolishes Neocortical Seizures in Cats and Non-human Primates"
      Neuroscience Research, Vol 122, Pages 35-44, 2017
    12. Sadahiro Nomura*, Hiroyuki Kida, Yuya Hirayama, Hirochika Imoto, Takao Inoue, Hiroshi Moriyama, Dai Mitsushima, Michiyasu Suzuki
      " Reduction of spike generation frequency by cooling in brain slices from rats and from patients with epilepsy"
      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, (In Press)
    13. Yeting He, Takao Inoue, Sadahiro Nomura*, Yuichi Maruta, Hiroyuki Kida, Toshitaka Yamakawa, Yuya Hirayama, Hirochika Imoto, Michiyasu Suzuki
      "Limitations of Local Brain Cooling on Generalized Motor Seizures from Unknown Foci in Awake Rats"
      Neurologia medico-chirurgica, (Accepted).
    14. Hiroshi Moriyama*, Sadahiro Nomura, Hiroyuki Kida, Takao Inoue, Hirochika Imoto, Yuichi Maruta, Yuichi Fujiyama, Dai Mitsushima, Michiyasu Suzuki
      " Suppressive effects of cooling compounds icilin on penicillin G-induced epileptiform discharges in anesthetized rats"
      Frontiers in Pharmacology, eCollection 2019.
  • NAIST
    1. Jaymar Soriano, Takatomi Kubo*, Takao Inoue, Hiroyuki Kida,Toshitaka Yamakawa, Michiyasu Suzuki, Kazushi Ikeda
      "Differential temperature sensitivity of synaptic and firing processes in a neural mass model of epileptic discharges explains heterogeneous response of experimental epilepsy to focal brain cooling"
      PLoS Computational Biology, 13(10): e1005736, 2017
  • 京都大学
    1. Kei Hata, Koichi Fujiwara*, Takao Inoue, Takuto Abe, Takatomi Kubo, Toshitaka Yamakawa, Sadahiro Nomura, Hirochika Imoto, Michiyasu Suzuki, Manabu Kano
      "Epileptic Seizure Suppression by Focal Brain Cooling with Recirculating Coolant Cooling System: Modeling and Simulation"
      IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol 27(2), pages 162-171, 2019
  • 熊本大学
    1. Toshitaka Yamakawa*, Takao Inoue, Yeting He, Masami Fujii, Michiyasu Suzuki, Masatsugu Niwayama
      "Development of an Implantable Flexible Probe for Simultaneous Near-Infrared Spectroscopy and Electrocorticography"
      IEEE Transaction on Biomedical Engineering, Volume 61(2), Pages 388-395, 2014
    2. Toshitaka Yamakawa*, Takao Inoue, Masatsugu Niwayama, Fumiaki Oka, Hirochika Imoto, Sadahiro Nomura, Michiyasu Suzuki
      "Implantable Multi-modality Probe for Subdural Simultaneous Measurement of Electrophysiology, Hemodynamics, and Temperature Distribution"
      IEEE Transactions of Biomedical Engineering, (Accepted)
  • その他
    1. Temple Fay
      "Observations of Prolonged Human Refrigeration"
      New York State Journal of Medicine, Volume 40(18), Pages, 347-348, 1940
    2. Temple Fay
      "Early experiences with local and generalized refrigeration of the human brain"
      Journal of Neurosurgery, Volume 16(3), Pages 239-60, 1959
    3. Rowbotham GF, Haigh AL, Leslie WG
      "Cooling Cannula for Use in the Treatment of Cerebral Neoplasms"
      Lancet, Volume1(7062), Pages 12-5, 1959
      PMID: 13612232
    4. Mark VH, Chato JC, Eastman FG, Aronow S, Ervin FR
      "Localized cooling in the brain"
      Science, Vol 134(3489), Pages 1520-1, 1961
      PMID: 14469948
    5. Ommaya AK, Baldwin M
      "Extravascular Local Cooling of the Brain in Man"
      Journal of Neurosurgery, Volume 20, Pages 8-20, 1963
    6. Xiao-Feng Yang, Steven M Rothman
      "Focal cooling rapidly terminates experimental neocortical seizures"
      Annals of Neurology, Volume 49(6), Pages 721-6, 2001
    7. Shibasaki K, Yamada K, Miwa H, Yanagawa Y, Suzuki M, Tominaga M, Ishizaki Y.
      "Temperature elevation in epileptogenic foci exacerbates epileptic discharge through TRPV4 activation"
      Lab Invest. 2019 Oct 22. [Epub ahead of print]

◯関連リンク