• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

ヒト発達脳の多波長光イメージング

Research Project

Project/Area Number 20K20601
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

多賀 厳太郎  東京大学, 大学院教育学研究科(教育学部), 教授 (00272477)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 尚人  東京大学, 医学部附属病院, 教授 (50197159)
Project Period (FY) 2020-07-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Keywordsシトクロム / グリンファティックシステム / NIRS / 脳 / 代謝 / 酸素化 / 近赤外分光法 / ヘモグロビン / 乳児
Outline of Research at the Start

ヒトの脳の多波長光イメージングの新規な手法を開発し、血流・代謝のダイナミクスの解析を行い、その発達機構を解明する。小型の多波長近赤外光源を用いて、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、酸化型シトクロムcオキシダーゼを同時にイメージングする装置を開発する。血液製剤と酵母菌を用いたファントムにより、装置の評価を行う。新生児から成人まで、刺激時および安静時の脳のヘモグロビンとシトクロムの酸素化動態の同時計測を行い、時系列から抽出した位相ダイナミクスの解析により、神経活動・血流・代謝の連関の発達機構を明らかにする。新たな光脳機能イメージング手法の枠組みを開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

脳における血液酸素化・代謝・グリンファティック系の動態を多波長近赤外分光法(NIRS)を用いて、非侵襲的に計測可能な方法の確立を目指した研究を行ってきた。昨年度、新たに導入した8波長レーザーの組み合わせで、酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)、脱酸素化ヘモグロビン(deoxy-Hb)、シトクロムcオキシダーゼの酸化型と還元型の差分(ox-CCO) の濃度変化、水(H2O)の体積変化を感度良く計測可能であることを示す結果を得ていた。しかし、ヘモグロビンに比べて、信号変化の小さなシトクロムcオキシダーゼと水の変化に関する信号に関して、ヘモグロビンの信号変化によるクロストークの影響の検証が必要だと考えられた。4種類の吸光物質を同時に変化させるファントムを作成することは困難であるため、脳内のox-CCOと水の変化が十分に生じることが知られている呼吸操作課題を用いて検証することにした。成人3名を対象とし、左前頭部において組織深度の異なる4チャンネルでのNIRS計測を行った。同時に、カプノメーターで呼気終末二酸化炭素分圧をモニターしながら、3分間の過換気を行う課題の前後で、二酸化炭素分圧の低下にともなうox-CCOの低下が見られるかを検証した。また、一定の周期で吸気と呼気を繰り返すとき、それに同期して水の変化が生じるかどうかを、座位及び仰臥位の姿勢で検証した。いずれの場合も、Hbの変化にともなうox-CCOと水の変化は極めて小さく、クロストークの影響は少ないことが検証された。さらに、ox-CCOと水にも想定される変化が検出された。姿勢による変化の違いも得られた。ただし、被験者ごとに変化の詳細が異なるため、さらに多くのデータを取得し検証が必要であると考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初想定していなかった脳内のグリンファティックシステムの動態を代謝の動態と同時に計測可能であることに気づき、この手法を確立するための研究が進展した。一方、新型コロナウイルス感染症の影響で、乳児を対象とする計測の実施を2年間以上停止したことで、より長い研究期間が必要となった。

Strategy for Future Research Activity

成人を対象とした検証を十分に行った後に、乳児を対象とした睡眠時の計測を実施し、脳における血流・代謝・神経活動・水輸送の連関の発達過程に迫る。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Neurovascular, Metabolic, and Glymphatic Dynamics of the Brain Measured with fNIRS2023

    • Author(s)
      Taga Gentaro、Watanabe Hama
    • Journal Title

      Oxygen Transport to Tissue XLIV. ISOTT 2022. Advances in Experimental Medicine and Biology

      Volume: 1438 Pages: 197-202

    • DOI

      10.1007/978-3-031-42003-0_31

    • ISBN
      9783031420023, 9783031420030
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oscillator decomposition of infant fNIRS data2022

    • Author(s)
      Matsuda, T., Homae, F., Watanabe, H., Taga, G., & Komaki, F.
    • Journal Title

      PLoS computational biology

      Volume: - Issue: 3 Pages: 1-31

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1009985

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Global entrainment in the brain-body-environment: retrospective and prospective views2021

    • Author(s)
      Taga, G.
    • Journal Title

      Biological Cybernetics

      Volume: 115 Issue: 5 Pages: 431-438

    • DOI

      10.1007/s00422-021-00898-2

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 多賀厳太郎2021

    • Author(s)
      脳の発達
    • Journal Title

      CLINICAL NEUROSCIENCE

      Volume: 40 Pages: 300-303

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Respiration-entrained hemo-metabolic-glymphatic dynamics of the cortex measured with continuous wave functional near-infrared spectroscopy2023

    • Author(s)
      Taga, G., & Watamabe, H.
    • Organizer
      International Society on Oxygen Transport to Tissue
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Neurovascular and glymphatic dynamics of the developing brain during sleep2022

    • Author(s)
      Gentaro Taga
    • Organizer
      International Society on Oxygen Transport to Tissue (ISOTT)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 多波長NIRSによる脳組織酸素化・代謝・流体輸送のダイナミクスの分析2022

    • Author(s)
      多賀厳太郎・渡辺はま
    • Organizer
      第24回日本光脳機能イメージング学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi