Visualization of sharpened senses through structure, function and network analysis of the cerebellum
| Project/Area Number |
20K20621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
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| Research Institution | Niigata University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
大西 秀明 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (90339953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 正之 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (00596497)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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| Keywords | 小脳 / fMRI / 擦刺激 / 機能的結合 / コネクティビティ / アスリート / MRI / 動的触圧覚刺激 / 一次運動野 / 表在感覚 / MRS / VBM |
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| Outline of Research at the Start |
触覚刺激によって小脳が活動することがわかってきたが，この小脳活動の役割は不明である．本研究では，「小脳は皮膚上を物体が移動する感覚を符号化し，“研ぎ澄まされた感覚”に寄与している」という仮説を立て，この仮説を証明する．そのために，MRIシールドルーム内で使用できる擦刺激装置を開発し，擦刺激時の小脳活動の計測・解析を行い（fMRI実験)，同時に擦刺激の物理評価と官能評価実験を行う．さらに，小脳の灰白質と白質の容積率(VBM)の解析，小脳の神経修飾物質濃度バランス(磁気共鳴スペクトロスコピー)の計測・解析，小脳をシードとした小脳と大脳皮質の機能結合(ネットワーク解析)を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では「小脳は皮膚上を物体が移動する感覚を符号化し，“研ぎ澄まされた感覚”に寄与している」という仮説を立て，この仮説を証明することを目的としている．上記の目的を達成するため，第一段階として2020年度にMRIシールドルーム内で使用することができる擦刺激装置を開発し（プロトタイプ），2021年度にMRIシールドルーム内での稼働を確認し，予備的にfMRIの計測を開始した．しかし，計測時にモーターが不安定になるなどの支障をきたしたため，2021年度から2022年度にかけてプロトタイプの改良に取り組み，2022年度後半に安定して計測できる擦刺激装置が完成した（完成品）．完成品ができるまでの間，2021年度から2022年度前半にかけては，健常成人を対象にして既存の触圧覚刺激装置を利用して動的触圧覚刺激時における脳活動を計測・解析した．この刺激装置は，単純に点字様のピン列が突出するだけであるが，ミリ秒単位で複数のピンを制御できる．ここでは5ミリ秒間４本のピン列を突出させた後にピンを下げ，同時に隣のピン列を5ミリ秒突出させるという刺激を4列繰り返す刺激パターン生成して動的触圧覚刺激として扱った．この刺激により被験者はピンが指先で動いているように感じる．動的触圧覚刺激時の皮質活動を解析した結果，動的職圧覚刺激時には対側半球の一次体性感覚野（S1）だけでなく，対側半球の後頭頂皮質や小脳などの広範囲で活動が認められた．これらの結果を踏まえ，2022年度後半からは完成した擦刺激装置を利用して，擦刺激時の脳活動の計測を開始している．現時点で18名の健常成人（非アスリート）の計測を終えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
動的な触圧覚刺激（擦刺激ではない）によってS1に加えて，後頭頂皮質や小脳など広範囲の皮質活動が認められることが判明した．しかし，①擦刺激装置の完成に時間を要したことと，COVID-19の影響により人を対象とした実験の制約があったため，②触り心地などの官能検査が十分でないこと，③健常者（非アスリート）を対象とした被験者数が十分でないことと，④アスリートを対象とした実験に踏み込めていないことなどから，研究計画全体を通してやや遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は，非アスリートの被験者を増やすとともに，アスリート（陸上競技短距離選手および水泳選手）を対象にして擦刺激時の官能評価検査結果と皮質活動との関係性を解析する．さらに，同じ被験者を対象にして小脳の構造・機能結合解析を実施し，官能評価結果との関係性の分析を行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
