次世代拡散MRIおよび機械学習を用いた統合失調症新規診断基準の検討

• Project/Area Number: 19K17061
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52030:Psychiatry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 孫 樹洛 京都大学, 医学研究科, 研究員 (60771524)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 統合失調症 / カルボニルストレス

Outline of Research at the Start

一部の治療抵抗性/重症統合失調症患者において、ペントシジンが増加しピリドキサールが低下する、所謂「カルボニルストレス」が病態に関与するという日本独自の新しい知見が報告されている。本研究では、統合失調症と診断される患者のうちカルボニルストレス亢進が関連する一群を、次世代拡散MRI解析および機械学習を用いて同定し、カルボニルストレスと脳構造的・機能的結合性の異常、精神症状との関連を明らかにすることを目的とする。具体的には、 a) カルボニルストレス関連マーカーの血中濃度測定を行い、b) 次世代拡散MRI、心理検査との関連を調査し、c) 機械学習を用いてカルボニルストレス亢進群の分離を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

統合失調症群32名、健常対照群45名において、拡散イメージングに優れたMRI機種であるPrismaを用いてMRI撮像を行い、統合失調症におけるカルボニルストレス関連マーカー (終末糖化産物のペントシジンとその代謝過程で低下するピリドキサール) と脳構造画像マーカーとの関連を調べた。脳構造マーカーとしては、軸索の病理を明らかにできるNeurite Orientation Dispersion and Density Imaging (NODDI)、神経炎症の可能性を推定できるFree Water Imagingを用いて、白質の微細構造異常を統合的に評価、検討した。脳構造の評価には、Tract-Based Spatial Statistics (TBSS) というソフトウェアを用いて、全脳白質中心部分の評価をおこなった。その結果、統合失調症群においてカルボニルストレスの亢進が神経細胞密度の低下と関連するという知見が得られた。この研究成果は、Scientific Reports誌に受理された。
また、統合失調症患者53名、健常者83名において、Tim Trioと呼ばれるMRI撮像機で撮像したDTI (Diffusion Tensor Imaging) データを用い、血漿ホモシステイン濃度と白質統合性とよばれる大脳白質の微細構造との関連についてもTBSSを用いて解析したところ、統合失調症患者では血漿のホモシステイン濃度が高いほど白質統合性が低下するという知見が得られた。この研究成は、Schizophrenia誌に受理された。
また、上記研究内容に関して、第119回日本精神神経学会学術総会においてシンポジウム発表を行った。

Research Products

• [Journal Article] Association of homocysteine with white matter dysconnectivity in schizophrenia (2024)
  • Author(s): Tabata Koichi、Son Shuraku、Miyata Jun、Toriumi Kazuya、Miyashita Mitsuhiro、Suzuki Kazuhiro、Itokawa Masanari、Takahashi Hidehiko、Murai Toshiya、Arai Makoto
  • Journal Title: Schizophrenia Volume: 10 Issue: 1 Pages: 39-39
  • DOI: 10.1038/s41537-024-00458-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association between enhanced carbonyl stress and decreased apparent axonal density in schizophrenia by multimodal white matter imaging (2023)
  • Author(s): Son Shuraku、Arai Makoto、Toriumi Kazuya、Andica Christina、Matsuyoshi Daisuke、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Kawashima Takahiko、Kochiyama Takanori、Okada Tomohisa、Fushimi Yasutaka、Nakamoto Yuji、Kobayashi Yuko、Murai Toshiya、Itokawa Masanari、Miyata Jun
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 12220-12220
  • DOI: 10.1038/s41598-023-39379-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Disorganization of semantic brain networks in schizophrenia revealed by fMRI. (2023)
  • Author(s): Matsumoto Y, Nishida S, Hayashi R, Son S, Murakami A, Yoshikawa N, Ito H, Oishi N, Masuda N, Murai T, Friston K, Nishimoto S, *Takahashi H.
  • Journal Title: Schizophrenia Bulletin. Volume: 49 Issue: 2 Pages: 498-506
  • DOI: 10.1093/schbul/sbac157
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular diagnosis of 405 individuals with autism spectrum disorder (2023)
  • Author(s): Miyake Noriko、Tsurusaki Yoshinori、Fukai Ryoko、Kushima Itaru...Takata Atsushi、Mizuguchi Takeshi、Ozaki Norio、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: European Journal of Human Genetics Volume: 27-Mar Issue: 12 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41431-023-01335-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cross-disorder analysis of genetic and regulatory copy number variations in bipolar disorder, schizophrenia, and autism spectrum disorder (2022)
  • Author(s): Kushima Itaru、Nakatochi Masahiro、Aleksic Branko、Okada Takashi、（中略）、Ozaki Norio
  • Journal Title: Biological Psychiatry Volume: - Issue: 5 Pages: 362-374
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2022.04.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cortical changes in patients with schizophrenia across two ethnic backgrounds (2022)
  • Author(s): Langenbach Benedikt P.、Kohl Waldemar、Murai Toshiya、Suslow Thomas、Ohrmann Patricia、Bauer Jochen、Matsukawa Noriko、Son Shuraku、Pedersen Anya、Lichtenstein Theresa、Miyata Jun、Koelkebeck Katja
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 10810-10810
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14914-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced Carbonyl Stress and Disrupted White Matter Integrity in Schizophrenia. (2020)
  • Author(s): Son S, Arai M, Toriumi K, Mizuta H, Miyata J, Hayashi T, Aso T, Itokawa M, Murai T.
  • Journal Title: Schizophr Res Volume: 223 Pages: 242-248
  • DOI: 10.1016/j.schres.2020.08.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-PDHA1 antibody is detected in a subset of patients with schizophrenia (2020)
  • Author(s): Yukako Nakagami, Genichi Sugihara, Nakashima N, Hazama M, Son S, Ma S, Riki Matsumoto, Murai T, Akio Ikeda, Murakami K
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: - Issue: 1 Pages: 7906-7906
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63776-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced intra- and inter-individual diversity of semantic representations in the brains of schizophrenia patients (2020)
  • Author(s): Satoshi Nishida, Yukiko Matsumoto, Naganobu Yoshikawa, Shuraku Son, Akio Murakami, Ryusuke Hayashi, Shinji Nishimoto, Hidehiko Takahashi
  • Journal Title: bioRxiv 2020 Volume: 2020 Pages: 1-41
  • DOI: 10.1101/2020.06.03.132928
  • Open Access
• [Journal Article] Gray matter volume reductions in patients with schizophrenia: A replication study across two cultural backgrounds (2019)
  • Author(s): Koelkebeck Katja、Dannlowski Udo、Ohrmann Patricia、Suslow Thomas、Murai Toshiya、Bauer Jochen、Pedersen Anya、Matsukawa Noriko、Son Shuraku、Haidl Theresa、Miyata Jun
  • Journal Title: Psychiatry Research: Neuroimaging Volume: 292 Pages: 32-40
  • DOI: 10.1016/j.pscychresns.2019.08.008
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] シンポジウム34 脳を見る：統合失調症研究の新展開 (2023)
  • Author(s): 入谷 修司、孫 樹洛、水谷 隆太、石田 裕昭、村井 俊哉、尾崎 紀夫、糸川 昌成
  • Organizer: 第119回日本精神神経学会学術総会
• [Presentation] 統合失調症におけるカルボニルストレスの亢進と白質構造変化について (2020)
  • Author(s): 孫樹洛
  • Organizer: 第50回日本神経精神薬理学会年会・第42回日本生物学的精神医学会年会・第4回日本精神薬学会総会（NPBPPP2020合同年会）
• [Presentation] Creativity and Positive Symptoms Revisited:Structural Connectivity Analysis with Diffusion Tensor Imaging (2019)
  • Author(s): Shuraku Son
  • Organizer: World Congress of Societies of Biological Psychiatry 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Association between Creativity and Positive Symptoms Revealed by Structural Connectivity Analysis (2019)
  • Author(s): Shuraku Son
  • Organizer: 第41回日本生物学的精神医学会