Elucidation of the influence of the hypothalamus on human social decision-making and its mechanism

• Project/Area Number: 22K07334
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 小川 昭利 順天堂大学, 医学部, 准教授 (30374565)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 社会的意思決定 / 機能的磁気共鳴画像法 / 経頭蓋磁気刺激法 / 視床下部 / 機能的結合

Outline of Research at the Start

我々は日々の生活において社会的状況下で意思決定を行っている。人の意思決定においては、自律神経機能の中枢である視床下部による調節があると考えられるが、社会行動に関わるオキシトシンを分泌する室傍核や報酬関連領野に投射する外側野を含め、視床下部がどのように社会的な意思決定に関わるのかは良くわかっていない。そこで本研究では、申請者が培ってきた高解像度の機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いた視床下部の神経核領域を同定する方法を用いて、社会的な意思決定における視床下部神経核レベルでの脳活動と機能的結合を明らかにし、視床下部の社会的な意思決定への影響を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、人の社会的な意思決定における視床下部の調節とそのメカニズムを神経核レベルで解明するため、今年度はfMRIとrTMSのパイロット実験を行って、実験機器設定（MRI撮像パラメタなど）と課題設定（試行時間、試行数など）を決定し、Rest-fMRIとTask-fMRIから視床下部神経核の脳活動と機能的結合を解析することとした。
Rest-fMRIにおけるMRI撮像パラメタの調整を行って画像を取得した。機能的結合を用いたBoundary mapping法により、再現性高く視床下部神経核の部位を同定できた。この方法では、視床下部の各ボクセルと大脳皮質との機能的結合（Fisher のz変換後の相関係数）を計算し、大脳皮質の機能的結合パターンが視床下部の隣接ボクセル間でどれくらい異なるかを計算する。大脳皮質の機能的結合パターンが周りと大きく異なるボクセルが神経核の境界（Boundary）を、ほぼ同じボクセルが神経核として同定される。
Task-fMRIでは、食物に関係する意思決定課題を用いて脳活動の計測を行い、視床下部神経核レベルでの脳活動と機能的結合の解析を進めているところである。ここでの機能的結合は、Psychophysiological Interactionにより求めている。また、MRI実験後に、Task-fMRIにおいて呈示した画像の評価を7点のリッカートスケールで行ったので、この評価値も解析に加えることができる。
さらに今年度は、rTMSを用いたネットワークターゲット刺激実験のパイロット実験をRest-fMRIで行い、大脳皮質と視床下部神経核との機能的結合を解析した。結果、視床下部背内側核と後視床下部と刺激部位との機能的結合に変化が見られた。また、刺激部位以外にも機能的結合の変化が見られたことから、視床下部神経核の活動がrTMSにより変化したことが示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究の今年度の予定は、fMRIとrTMSのパイロット実験を行って、実験機器設定（MRI撮像パラメタなど）と課題設定（試行時間、試行数など）を決定し、Rest-fMRIとTask-fMRIから視床下部神経核の脳活動と機能的結合を解析することであった。Rest-fMRIでは機能的結合を用いたBoundary mapping法により再現性高く視床下部神経核の部位を同定でき、Task-fMRIでは食物に関係する意思決定課題を用いて脳活動の計測を行い、視床下部神経核レベルでの脳活動と機能的結合の解析を進めているところである。以上のように、今年度予定していた研究をほぼ終えることができた。さらに、TMSを用いたネットワークターゲット刺激実験のパイロット実験をRest-fMRIで行い、大脳皮質と視床下部神経核との機能的結合の解析まで進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降、rTMSを用いたネットワークターゲット刺激（NTS）とTask-fMRIを組み合わせることにより、まず、社会的意思決定の行動が変化することを確認するとともに、意思決定に関わる行動的要因（例えば、他者への共感の強さ）からNTSの効果を評価する。そして、Task-fMRIで計測された脳活動から、社会的意思決定における視床下部の神経核レベルでの影響とそのメカニズムを明らかにする。さらに、Task-fMRIにおける意思決定行動と視床下部神経核の活動をより大きく変化させる刺激部位を探索して、NTSを最適化する実験を行う予定である。
以上のデータをまとめて、国内学会（日本神経科学会大会を予定）および国際学会（Society for NeuroscienceまたはOrganization for Human Brain Mappingのannual meetingを予定）において研究成果を発表する。そして、論文を国際ジャーナルに投稿する。

Research Products

• [Journal Article] Neural Basis of Social Influence of Observing Other’s Perception in Dot-Number Estimation (2023)
  • Author(s): Ogawa Akitoshi、Kameda Tatsuya、Nakatani Hironori
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 515 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2023.01.035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of right temporoparietal junction for counterfactual evaluation of partner’s decision in ultimatum game (2023)
  • Author(s): Ogawa A, Asano S, Osada T, Tanaka M, Tochigi R, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 33 Issue: 6 Pages: 2947-2957
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac252
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hypothalamic interaction with reward-related regions during subjective evaluation of foods (2022)
  • Author(s): Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Suda A, Nakajima K, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Hattori N, Konishi S
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 264 Pages: 119744-119744
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119744
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 食物の主観的評価における視床下部と報酬関連領域との相互作用 (2023)
  • Author(s): 小川昭利, 長田貴宏, 田中政輝, 須田晃充, 中嶋香児, 岡哲史, 鎌形康司, 青木茂樹, 大島寧, 田中栄, 服部信孝, 小西清貴
  • Organizer: 第25回日本ヒト脳機能マッピング学会
• [Presentation] Subjective food evaluation recruits hypothalamic interactions with reward-related regions (2022)
  • Author(s): Akitoshi Ogawa, Takahiro Osada, Masaki Tanaka, Akimitsu Suda, Koji Nakajima, Satoshi Oka, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Yasushi Oshima, Sakae Tanaka, Nobutaka Hattori, Seiki Konishi
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural correlates for other’s equity concern modulating response to distribution in ultimatum game (2022)
  • Author(s): Saki Asano, Akitoshi Ogawa, Reia Tochigi, Masaki Tanaka, Takahiro Osada, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Seiki Konishi
  • Organizer: The 28th Annual Meeting of Organization of Human Brain Mapping
  • Int'l Joint Research