ＭＲＩを用いた覚醒中枢領域における神経基盤の解明

• Project/Area Number: 18J00922
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 阿部 欣史 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: メタンフェタミン / 覚醒 / VBM / MRI / 脳体積 / 線条体 / シナプス / ゴルジ染色 / DTI / optogenetics / diffusion fMRI / 超解像顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は覚醒の中枢領域を探索する事である。脳構造変化に着目し、覚醒時における脳構造の変化を全脳探索が得意なMRIにより解析した。そして、覚醒の中枢領域の候補となる脳領域を割り出した。
覚醒剤であるメタンフェタミン(MAP)をマウスに連日投与したマウスの脳体積をMRIによって解析した結果、背側線条体、側坐核、帯状皮質、前頭前野で脳体積が増加している事が分かった。側坐核は昔から睡眠や覚醒に関与している事が知られているが、背側線条体が関与している事は驚きであった。次に、詳細の構造変化を解析するため、背側線条体、側坐核、帯状皮質、前頭前野に焦点を当て、組織学解析(ゴルジ染色と免疫染色)を行った。その結果、これらの脳領域ではシナプス密度が増加している事が分かった。次に、MAP連日投与とシナプス密度増加の関係性を調べる為に、NMDA受容体のアンタゴニストを投与する事で、MAP連日投与によるシナプス密度増加が抑制できるのかを調べた。その結果、上述した脳領域でシナプス密度の増加を抑制する事ができ、MRIで観察した体積増加の要因の一つはシナプス密度変化である事が分かった。
上述した4領域がMAPよる覚醒に関係する領域である事が分かった。多くの研究から側坐核が覚醒に関与する事は知られていたが、背側線条体、帯状皮質、前頭前野が関与する事を発見する事が出来た。今後は、これらの脳領域に着目し、覚醒の研究を進めて行く。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct Impact of Motor Cortical Stimulation on the Blood Oxygen-level Dependent Response in Rats (2021)
  • Author(s): Xin Zonghao、Abe Yoshifumi、Liu Shuang、Tanaka Kenji F.、Hosomi Koichi、Saitoh Youichi、Sekino Masaki
  • Journal Title: Magnetic Resonance in Medical Sciences Volume: 20 Issue: 1 Pages: 83-90
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2019-0156
  • NAID: 130007993616
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chd8 mutation in oligodendrocytes alters microstructure and functional connectivity in the mouse brain (2020)
  • Author(s): Kawamura A, Abe Y, Seki F, Katayama Y, Nishiyama M, Takata N, Tanaka KF, Okano H, Nakayama KI
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 13 Pages: 1-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diffusion functional MRI reveals global brain network functional abnormalities driven by targeted local activity in a neuropsychiatric disease mouse model (2020)
  • Author(s): Abe Yoshifumi、Takata Norio、Sakai Yuki、Hamada Hiro Taiyo、Hiraoka Yuichi、Aida Tomomi、Tanaka Kohichi、Bihan Denis Le、Doya Kenji、Tanaka Kenji F
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 223 Pages: 117318-117318
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117318
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correlative study using structural MRI and super-resolution microscopy to detect structural alterations induced by long-term optogenetic stimulation of striatal medium spiny neurons (2019)
  • Author(s): Abe Yoshifumi、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Shibata Shinsuke、Okano Hideyuki、Tanaka Kenji F.
  • Journal Title: Neurochemistry International Volume: 125 Pages: 163-174
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2019.02.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial contribution of hippocampal BOLD activation in high-resolution fMRI (2019)
  • Author(s): Abe Yoshifumi、Tsurugizawa Tomokazu、Le Bihan Denis、Ciobanu Luisa
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3152-3152
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39614-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Region- and cell type-specific facilitation of synaptic function at destination synapses induced by oligodendrocyte depolarization (2019)
  • Author(s): Yamazaki Y, Abe Y, Shibata S, Shindo T, Fujii S, Ikenaka K, Tanaka KF
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: - Issue: 21 Pages: 4036-4050
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1619-18.2019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] オプトジェネティクスを用いた局所脳血流の操作技術 (2020)
  • Author(s): 阿部欣史
  • Organizer: 第63回日本神化学学大会
• [Presentation] Diffusion functional MRI characterizes dynamical brain function in a neuropsychiatric disease model mouse (2020)
  • Author(s): 阿部欣史
  • Organizer: ISMRM 27th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 線条体神経細胞への長期的な光刺激によって起こる有髄神経軸索の構造解析 (2019)
  • Author(s): 阿部欣史
  • Organizer: 第62回日本神経化学会
• [Presentation] 構造解析から見る神経―オリゴデンドロサイトの相互作用について (2019)
  • Author(s): 阿部欣史
  • Organizer: 次世代薬理学セミナー
  • Invited
• [Presentation] DTI found structural altercations induced by long-term optogenetics stimulation of striatal medium spiny neurons (2019)
  • Author(s): Yoshifumi Abe
  • Organizer: The International Society of Neurochemistry (ISN) and the American Society of Neurochemistry (ASN) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オプトジェネティクスにより誘導された軸索構造変化の新規可視化技術 (2018)
  • Author(s): 阿部欣史
  • Organizer: 第61回日本神経化学会
• [Presentation] Resting state DfMRI revealed alterations of brain activity and network in obsessive compulsive disorder mouse model (2018)
  • Author(s): Yoshifumi Abe, Yuki Sakai, Hiroaki Hamada, Norio Takata, Kenji Doya, Kenji Tanaka
  • Organizer: Annual meeting of ISMRM
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A correlation of resting state DfMRI signals reflects functional connectivity in awake mouse (2018)
  • Author(s): Yoshifumi Abe, Yuki Sakai, Hiroaki Hamada, Norio Takata, Kenji Doya, Kenji Tanaka
  • Organizer: Annual meeting of ISMRM
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 所属研究室ホームページ
  • URL: http://psy-keiomed-ect.com/
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/Yoshifumi_Abe/