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 2023)
• 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

今年度は、食品に関係する意思決定課題を用いて視床下部の脳活動を計測するTask-fMRI実験を実施した。Task-fMRIのデータ解析は、Rest-fMRIの画像データからBoundary mapping（BM）法により同定した視床下部神経核の位置データを用いて実施した。BM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では食品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た。その結果、視床下部の室傍核や外側野など意思決定に関係すると考えられる神経核の脳活動は観測されたが、条件間（食品 vs. 非食品）に有意差が見られなかった。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、そのデータを画像解析に取り入れた。しかしながら、今回の実験では評価値と脳活動の有意な関係を見出すことはできなかった。これらから、課題を修正して、改めてTask-fMRI実験を実施することにした。具体的には、２つの選択肢から選択する方式から、評価額を直接入力する方式へ修正した。現在、修正後の課題を用いてTask-fMRIデータを取得している途中である。これまでのところ、条件間（食品 vs. 非食品）で評価に差が見られている。さらに、生理的要因（空腹・満腹）を追加しており、食品にのみ要因間で評価に差が見られている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の今年度の予定は、Task-fMRIを実施して、意思決定における視床下部神経核の脳活動と機能的結合を明らかにし、rTMS実験の刺激標的設定を目指した。Task-fMRIで計測された脳活動データの解析を進めたところ、視床下部の室傍核や外側野など意思決定に関係すると考えられる神経核の脳活動に条件間差が見られなかった。また、MRI実験後に実施した関連する行動実験のデータを脳活動の解析に取り入れたが、こちらも評価値と脳活動に有意な関係がなかった。そのため、課題内容を、２つの選択肢から選択する方式から、評価額を直接入力する方式へ修正した。修正後のTask-fMRIデータを取得している途中ではあるが、条件間（食品vs. 非食品）で評価に差が見られている。さらに、生理的要因（空腹・満腹）を追加しており、食品にのみ要因間で評価に差が見られている。脳活動と機能的結合は現在解析中である。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、rTMSを用いたネットワークターゲット刺激（NTS）を行った後に意思決定課題を行うfMRI実験を実施する。課題中の意思決定が変化することを確認するとともに、意思決定に関わる社会的行動的要因や生理的要因（例、空腹・満腹）とNTSの効果との関係明らかにする。課題中の脳活動をfMRI実験において計測し、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。
以上のデータをまとめて、国内学会（日本脳マッピング学会と日本神経科学会大会を予定）および国際学会（Organization for Human Brain Mappingを予定）において研究成果を発表する。そして、研究成果をまとめて国際ジャーナルに投稿する。

Research Products

• [Journal Article] Diurnal variation of brain activity in the human suprachiasmatic nucleus (2024)
  • Author(s): Oka Satoshi、Ogawa Akitoshi、Osada Takahiro、Tanaka Masaki、Nakajima Koji、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Oshima Yasushi、Tanaka Sakae、Kirino Eiji、Nakamura Takahiro J.、Konishi Seiki
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 44 Pages: e1730232024-e1730232024
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1730-23.2024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced gray matter volume in the default-mode network associated with insulin resistance (2023)
  • Author(s): Asano S, Ogawa A, Osada T, Oka S, Nakajima K, Oshima Y, Tanaka S, Kaga H, Tamura Y, Watada H, Kawamori R, Konishi S
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 33 Issue: 23 Pages: 11225-11234
  • DOI: 10.1093/cercor/bhad358
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] Diurnal variation of brain activity in the human suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): Satoshi, Oka, Akitoshi Ogawa, Takahiro Osada, Masaki Tanaka, Koji Nakajima, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Yasushi Oshima, Sakae Tanaka, Eiji Kirino, Takahiro J. Nakamura, Seiki Konishi
  • Organizer: Neuroscience meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reduction of gray matter volume correlated with insulin resistance (2023)
  • Author(s): Saki Asano, Akitoshi Ogawa, Takahiro Osada, Hideyoshi Kaga, Yoshifumi Tamura, Hirotaka Watada, Ryuzo Kawamori, Seiki Konishi
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of Organization of Human Brain Mapping
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effective connectivity of hypothalamus to reward-related regions during subjective food evaluation (2023)
  • 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: The 29th Annual Meeting of Organization of Human Brain Mapping
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural correlates of diurnal variation in the human suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): Akitoshi Ogawa, Satoshi Oka, Takahiro Osada, Masaki Tanaka, Koji Nakajima, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Yasushi Oshima, Sakae Tanaka, Eiji Kirino, Takahiro J. Nakamura, Seiki Konishi
  • Organizer: 第101回日本生理学会
• [Presentation] 価値判断におけるヒト視床下部神経核と報酬関連領野との機能的結合 (2023)
  • Author(s): 小川昭利
  • Organizer: 生理研研究会
• [Presentation] Perfusion imaging of diurnal variations in activity of the human suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): Satoshi Oka, Akitoshi Ogawa, Takahiro Osada, Masaki Tanaka, Koji Nakajima, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Yasushi Oshima, Sakae Tanaka, Eiji Kirino, Takahiro J. Nakamura, Seiki Konishi
  • Organizer: 第7回ヒト脳イメージング研究会
• [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