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系統神經科學暨腦電生理實驗室 (Systems Neuroscience & Brain Electrophysiology Lab)

實驗室負責人:謝宗勳 副教授

研究方向

謝宗勳老師研究致力於探討大腦刺激術(Brain stimulation)包括經顱磁刺激(Transcranial magnetic stimulation, TMS)、經顱直流電刺激(Transcranial direct current stimulation, tDCS)與皮質電刺激(cortical electrical stimulation, CES)對於神經相關疾病進行基礎與臨床研究。運用神經工程技術來探討新式大腦磁刺激對於之評估與治療潛力,開發以動物行為、電生理與生化分析做為評估與新式治療之效果。

主持人簡介

謝宗勳博士畢業於中國醫藥大學物理治療系、長庚大學復健科學研究所碩士班、國立成功大學醫學工程博士班,獲得博士學位後,獲邀至美國哈佛大學醫學院神經科擔任博士後研究員,回國後於長庚大學醫學院物理治療系暨復健科學所擔任助理教授。謝老師過去的研究致力於探討重複性經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)與皮質電刺激(cortical electrical stimulation)對於神經相關疾病進行基礎與臨床研究,運用神經工程技術,開發以生物力學、電生理、動物行為與生化分析做為評估與新式治療之效果。其研究成果於過去發表於腦科學(Cerebral Cortex), (Brain Stimulation)、神經科學(Neuroscience)、行為科學研究(Behavioral and Brain Research)、臨床神經學(Journal of Neurophysiology; Clinical of Neurophysiology)、基礎生物學(PLoS ONE)與生醫工程(Journal of Medical and Biological Engineering)等三十餘篇SCI相關文章。另外,除了與轉譯醫學息息相關之動物實驗外,謝老師對於相關人體實驗也有所涉獵,包括人體動作分析(刊登於BioMedical Engineering Online)與研究脊髓損傷患者之中樞與週邊調節機制(刊登於Journal of Medical and Biological Engineering)。期許能成為跨領域整合神經科學與醫學工程之專家學者,未來,謝老師將本持著將基礎醫學、工程技術與臨床醫學相互整合於研究中,期望將來能對於神經復健科學研究中,提供最大的貢獻。

研究計畫
  • 科技部計劃
    • 發展皮質電刺激技術於增進帕金森大鼠之神經可塑性與運動功能之研究(2 years)
    • 在帕金森氏症動物模式下發展電生理生物指標以及相對應之皮質電刺激治療策略來增進神經塑性與運動功能(1 year)
    • 以帕金森氏症動物模式探討跨顱直流電刺激對於帕金森氏症運動與認知缺損之生理與治療效應(2 years)
  • 長庚醫院研究計劃(CMRP)
    • 合併重複性經顱磁刺激與運動訓練治療對於增進帕金森氏症大鼠神經塑性與運動功能之效果(2 years)
  • 產學合作計劃
    • 神經滋養因子以及甲基氰鈷胺對於垂足治療之作用機制(2 years)
過去研究成果

一、發展經顱磁刺激於創傷性腦傷後之大腦皮質內抑制功能之評估

    由於許多神經精神症狀包括情緒障礙、睡眠失調、慢性疼痛以及創傷後癲癇是腦外傷後常見的併發症。這些症狀的發生可歸因於在腦外傷後所造成的皮質抑制功能缺損有關。然而,在腦外傷後所產生的併發症經常不是立即產生,而是會延到數周到數月後出現。對於腦外傷後之皮質抑制缺損的隨病程的改變及其基礎機制目前仍尚不清楚。此研究採用雙脈衝經顱磁刺激(paired-pulse TMS, ppTMS)和免疫組織化學方法,在液壓衝擊造成腦外傷動物模式下觀察在腦外傷後對於皮質抑制神經網絡的功能和神經細胞變化。我們首次呈現皮質抑制功能在腦外傷後逐漸喪失的過程以及其可能的生理機制,我們發現皮層抑制性中間神經元以及神經元周圍網絡的喪失與大腦皮質抑制功能減少呈現正相關,這個研究結果提供了在腦創傷後,大腦病理性興奮與抑制調節功能之重要轉變的生理機制,未來或許可以提供新的治療策略來減低腦外傷後產生的癲癇與其他併發症。此外,應用雙脈衝經顱磁刺激方法可在未來轉譯於臨床檢測創傷後癲癇或腦外傷後之大腦興奮抑制功能。目前,經顱磁刺激已被應用於臨床神經學檢測,未來增加此雙脈衝刺激檢測方法或許可解釋更多大腦病理性變化與機制。期待能在創傷性癲癇發生前得知大腦皮質興奮與抑制調節功能受損情形,進而提早用藥或治療,造福更多創傷後神經精神症狀之患者。此項研究成果發表於Cerebral Cortex (2017)

 

二、定量與發展重物墜落撞擊造成腦外傷模型

    為了對腦損傷傷害機轉有更深入的瞭解,許多模擬人類腦損傷之動物模型也被發展出來,其中重物墜落撞擊造成瀰漫性腦外傷模型(diffuse traumatic brain injury model)為一常用之腦損傷動物模型,然而,過去研究所使用的創傷性腦損傷動物模式僅僅定義出使用不同的撞擊重量、速度來造成不同程度之腦損傷,目前尚無精確定量出腦部受撞擊之力道與腦損傷程度之線性關係。本研究試圖找出不同程度腦傷對於神經病理行為之改變,本研究發現由腦組織生化分析與行為測試發現不同高度下的撞擊能引發不同程度的腦損傷。我們認為此動物模式未來可以應用產生可分級之腦損傷進而轉譯出發展未來對於腦損傷治療之策略,並從基礎生物學的觀點放眼臨床上病人的病因與治療,創造人類醫學上的福祉,此研究成果發表於PLoS One (2017)。

 

三、發展經顱磁刺激於帕金森症之大腦神經塑性與皮質內抑制功能之評估

    由於過去對於經顱磁刺激為帕金森症之治療議題仍具有爭議,我們建立經顱磁刺激評估神經可塑性之方法,以電生理訊號來觀察經顱磁刺激對大腦皮質的神經可塑性。並採用間歇式磁波刺激(iTBS)、連續型磁波刺激(cTBS)等來量測類長期增益(LTP-like)和類長期抑制(LTD-like)之神經可塑性變化。我們證實帕金森氏症會造成皮質內抑制功能異常。此項技術未來能提供一項新穎的評估帕金森症臨床治療前後之腦皮質功能改善之依據,此研究成果發表於Cerebral Cortex (2015)。

 

四、使用長期會陰神經電刺激進行神經調控對於膀胱功能影響

    本研究建立一套自製長期微型神經電刺激系統對增強糖尿病大鼠排尿功能進行檢測。在會陰神經電刺激調節三週或六週後,同時記錄所有大鼠的膀胱內壓,外尿道括約肌肌電圖和尿流率,並評估慢性會陰神經電刺激對膀胱排尿功能之影響。本研究證實了使用慢性陰部神經調節改善糖尿病大鼠排尿功能的可行性。這些結果可能有助於發展在臨床上使用這一種新穎之神經調控系統來促進膀胱功能,此研究成果發表於Journal of Neural Engineering (2016)。

 

五、開發雙脈衝經顱磁刺激應用於清醒動物下之紀錄皮質內抑制功能

    本研究利用雙脈衝經顱磁刺激(ppTMS)在50-200ms刺激間格來檢測大腦皮質興奮性以及皮質內的抑制功能,稱之為長潛伏期大腦皮質內抑制(Long latency intracortical inhibition, LICI),此抑制功能過去被認為由長迴路的GABAB 路徑所調控,並與癲癇以及創傷性腦損傷等疾病相關。本研究開發在大鼠清醒狀態下,使用無彈性束帶限制大鼠行動,並使用加速規取代過去侵入式電極,來獲得單一脈衝磁刺激下肌肉抽蓄(twitch)所產生的肌動訊號(Mechanomyogram, MMG)。依此方式過去已成功量測到和過去運動誘發電位(MEP)相同的訊號表現,並應用在不同成對磁刺激下所產生的皮質內抑制訊號,另外為了更精確量測皮質內抑制效果,本實驗嘗試使用注射pentobarbital(GABA agonist)藥物來抑制神經元活動,也確實發現了皮質內抑制有增強情形,未來將會使用此技術當作一種生物指標(biomarker)作為癲癇大鼠長期監控大腦皮質變化之工具,用以解釋治療前後之中樞神經機制變化,此研究成果發表於Journal of Neurophysiology (2012)

研究室成員

博士班
蔡宛玲、張明元、吳致寬
碩士班
鍾維宗、謝凱喧、林珮瑜、詹舒晏
研究助理
郭紀偉、徐仲緯、許庭毓、羅珮文
研究專題生
劉鑫、陳曉玫、許子駿、李文龍、黎書宇、姜博耀、蔡文琇、陳蓉萱、林慧敏、江宜庭

 

 

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