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Revealing whole-brain signal flows that transiently occur in human resting-state brain activities

Research Project

Project/Area Number 21K07269
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
Research InstitutionAdvanced Telecommunications Research Institute International

Principal Investigator

Takeda Yusuke  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 主任研究員 (60505981)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords安静時脳活動 / 脳磁図 / 脳波 / 信号伝達 / 時空間パターン
Outline of Research at the Start

ぼんやりしている時、私たちの頭の中では、様々な考えが泡沫のように浮かんでは消えている。このように、ぼんやりしている時に自発的に浮かぶ考えや意識が、科学的発見や芸術的創造の大きな原動力になっていると考えられる。このような考えや意識が生まれるには、全脳に分散された情報が瞬時に統合される必要があるが、これがどのような信号伝達によって達成されているのか不明である。そこで本研究では、安静時脳波及び脳磁図から、安静時にミリ秒の時間スケールで生じるヒト全脳の信号伝達を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

In resting states, various minds or consciousnesses spontaneously arise in our brains. However, it is not clear how the information distributed over the brain is integrated to generate consciousness. In this study, we revealed the whole-brain signal flows that transiently occur in human resting-state brain activities. From resting-state electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG) data, using our proposed method we estimated spatiotemporal patterns that repeatedly occurred in human resting-state brain activities. Furthermore, by conducting a simulation experiment and using big data, we revealed that the spatiotemporal patterns reflected signal flows across regions and frequencies.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、安静時にヒト全脳で瞬時的に生じる信号伝達を明らかにした。これまで、安静時脳波・脳磁図から瞬時的に生じる脳活動パターンを捉えることは困難であった。それは、安静時には刺激呈示や反応採取が行われないので、パターンの出現時刻が特定できないためである。本研究では、我々が開発したアルゴリズムを用いることで、初めてこれを捉えることに成功した。本研究で得られた知見は、視覚・聴覚等の全脳に分散された情報がどのように統合され意識が生まれるのか、そのメカニズム解明につながると期待される。また本研究で用いた解析技術は、てんかん発作の原因究明や治療法の確立など、医療にも応用可能である。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Sensor array design of optically pumped magnetometers for accurately estimating source currents2023

    • Author(s)
      Takeda Yusuke、Gomi Tomohiro、Umebayashi Ryu、Tomita Sadamu、Suzuki Keita、Hiroe Nobuo、Saikawa Jiro、Munaka Tatsuya、Yamashita Okito
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 277 Pages: 120257-120257

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2023.120257

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Whole-brain propagating patterns in human resting-state brain activities2021

    • Author(s)
      Takeda Yusuke, Hiroe Nobuo, Yamashita Okito
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 245 Pages: 118711-118711

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2021.118711

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 安静時脳活動に繰り返し現れる時空間パターン2024

    • Author(s)
      武田祐輔
    • Organizer
      電気通信大学 技能情報学研究ステーション「音楽と脳」研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Revealing whole-brain signal flows from resting-state MEG data2023

    • Author(s)
      Takeda Y, Hiroe N, Yamashita O
    • Organizer
      OHBM2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 安静時にヒト全脳で瞬時的に生じる信号伝達の解明2023

    • Author(s)
      武田祐輔、廣江総雄、山下宙人
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] OPM型MEGのための適応的環境ノイズ抑制手法の提案2023

    • Author(s)
      鈴木啓大、武田祐輔、廣江総雄、山下宙人
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimating repetitive spatiotemporal patterns from resting-state brain activity data2023

    • Author(s)
      Takeda Y
    • Organizer
      Sydney University Systems Neuroscience and Complexity (snac)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 安静時にヒト全脳で自発的に生じる信号伝達2022

    • Author(s)
      武田祐輔、廣江総雄、山下宙人
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Whole-brain propagating patterns in human resting-state brain activities2021

    • Author(s)
      Takeda Yusuke, Hiroe Nobuo, Yamashita Okito
    • Organizer
      OHBM 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Revealing whole-brain propagating patterns from resting-state MEG and EEG data2021

    • Author(s)
      Takeda Yusuke, Hiroe Nobuo, Yamashita Okito
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] SORM toolbox

    • URL

      https://bicr.atr.jp//~takeda/SORM.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] snac

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=hSvy-z5YsHo&t=474s

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] BigSTeP toolbox

    • URL

      https://bicr.atr.jp//~takeda/BigSTeP.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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