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Challenge to extinct fear memories by modulating cortical networks in unstable state

Research Project

Project/Area Number 22K19721
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research InstitutionNiigata University of Health and Welfare

Principal Investigator

大鶴 直史  新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (50586542)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平田 晃正  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00335374)
ゴメスタメス ホセデビツト  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60772902)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords恐怖記憶 / MEG / 非侵襲的脳刺激 / 不安定状態 / tACS / 脳磁場計測 / 経頭蓋交流電流刺激
Outline of Research at the Start

長引く原因不明の痛み(慢性疼痛)には、痛みの恐怖に対する記憶が関連している可能性が示されている。しかしながら、一度形成されてしまった恐怖記憶を選択的に消去することは難しい。そこで本研究では、痛みの恐怖記憶が消去されやすい状態(不安定状態)に関与する脳内ネットワークを、高精度な脳機能計測手法である脳磁場計測装置を用いて同定することに挑む。
もしネットワークが同定されれば、そのネットワークを経頭蓋交流電流刺激を用いて強化することで、恐怖記憶の消去効果が高まるかを検証する。
一連の研究で、痛みに対する恐怖記憶の効率的な消去技術の創成に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、恐怖記憶を消去するための不安定状態に関与する脳内ネットワークを同定し、そのネットワークに経頭蓋交流電流刺激(transcranial alternating current stimulation:以下tACS)を用いて人為的介入を行うことを目的としている。当該研究の遂行のためには、適切な恐怖記憶形成および消去のパラダイムを考えること、かつtACSを従来のものよりも高精度化することが重要となる。本年度は昨年度から取り組んでいた、脳内電界シミュレーションによるtACSの高精度化を進めた。具体的には、個人ごとにMRIで撮像したT1およびT2強調画像から、頭部を皮膚・脂肪・骨・脳脊髄液・白質・灰白質などの組織に分類し、各組織に伝導率を与えることで、tACSで刺激を行った際に脳に生じる電界強度のシミュレーションを実施した。このシミュレーションによって、痛み刺激に対する鎮痛を効率化できることを確認し、国際誌に公表した(Eur J Pain)。
また、恐怖記憶を形成し、消去する実験パラダイムの構築も実施した。30名において高精度な脳機能イメージングである脳磁場計測装置(MEG)にてデータ取得を行った。現在このデータを解析中であり、どのような脳活動によって恐怖記憶が固定化されるかを検証している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の研究計画は、恐怖記憶の消去に関連する不安定状態の脳内ネットワーク同定のために、恐怖記憶に関連する脳活動をMEGで記録することにあった。昨年度に確定した恐怖記憶定着に関する実験パラダイムを用いて、30名において脳活動データの計測および正確な活動源同定のためのMRI構造画像の撮像を終了した。現在、得られたデータをもとに解析を進めており、恐怖記憶の形成、固定に関与する脳活動が同定できるかを検証している。
その他、続く介入研究で使用予定の経頭蓋交流電流刺激(transcranial alternating current stimulation:tACS)に関しても、至適な刺激パラメータを決定するための脳内電界シミュレーションを実施した。MRI構造画像から脳内電界をシミュレーションし、至適な電極配置を決定することで、痛み刺激に対する鎮痛効果を高められることを見出し、国際誌に報告した。現在は、さらに深部の脳部位を刺激できる手法も併せて開発している。
上述のように、おおむね研究は順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、本年度取得したMEGデータをもとに、どのような脳活動が生じると恐怖記憶が強く固定化されてしまうかを明らかにする予定である。具体的には、恐怖記憶の形成期における神経活動および、想起後におとずれる恐怖記憶の不安定状態における神経活
動を、MEGを用いて計測する。その後、得られた神経活動データに対して、機能的ネットワークを検討する解析(各脳領域間のphase locking valueの算出)を実施して、恐怖記憶の形成および消去に深く関連する脳内ネットワークを抽出する。
さらに、前年度に実施してきた脳内電界シミュレーションによるtACS刺激パラメータが、真に脳内における特定周波数帯域の活動を変調するかに関しても、MEGを用いて検証する。具体的には、tACSの前後でMEGによる安静時皮質活動を記録し、意図する脳内ネットワークをtACSで変調することができるかを検証する。
また、MEGによる機能的ネットワークの解析も実施するが、その他特定領域の特定周波数パワーが関与している可能性および特定領域の興奮抑制バランスが関与していることも想定し、得られたMEGデータの解析を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 8 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Transcranial alternating current stimulation does not affect microscale learning2024

    • Author(s)
      Shiga Kyosuke、Miyaguchi Shota、Inukai Yasuto、Otsuru Naofumi、Onishi Hideaki
    • Journal Title

      Behavioural Brain Research

      Volume: 459 Pages: 114770-114770

    • DOI

      10.1016/j.bbr.2023.114770

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modulation of pain perception through transcranial alternating current stimulation and its nonlinear relationship with the simulated electric field magnitude2024

    • Author(s)
      Ikarashi H.、Otsuru N.、Gomez‐Tames J.、Hirata A.、Nagasaka K.、Miyaguchi S.、Sakurai N.、Ohno K.、Kodama N.、Onishi H.
    • Journal Title

      European Journal of Pain

      Volume: 2024;00 Issue: 6 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1002/ejp.2249

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Individual and group-level optimization of electric field in deep brain region during multichannel transcranial electrical stimulation2024

    • Author(s)
      Nishimoto Hidetaka、Kodera Sachiko、Otsuru Naofumi、Hirata Akimasa
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 18 Pages: 1332135-1332135

    • DOI

      10.3389/fnins.2024.1332135

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Changes in Resting-State Brain Activity After Cognitive Behavioral Therapy for Chronic Pain: A Magnetoencephalography Study2024

    • Author(s)
      Yoshino Atsuo、Maekawa Toru、Kato Miyuki、Chan Hui-Ling、Otsuru Naofumi、Yamawaki Shigeto
    • Journal Title

      The Journal of Pain

      Volume: 25 Issue: 8 Pages: 104523-104523

    • DOI

      10.1016/j.jpain.2024.104523

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Beta resting-state functional connectivity predicts tactile spatial acuity2023

    • Author(s)
      Sasaki Ryoki、Kojima Sho、Otsuru Naofumi、Yokota Hirotake、Saito Kei、Shirozu Hiroshi、Onishi Hideaki
    • Journal Title

      Cerebral Cortex

      Volume: 33 Issue: 16 Pages: 9514-9523

    • DOI

      10.1093/cercor/bhad221

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The effects of transcranial electrical stimulation of the left dorsolateral prefrontal cortex on tactile spatial discrimination performance2023

    • Author(s)
      Saito Kei、Koike Kotaro、Takeuchi Kota、Otsuru Naofumi、Onishi Hideaki
    • Journal Title

      Behavioural Brain Research

      Volume: 452 Pages: 114600-114600

    • DOI

      10.1016/j.bbr.2023.114600

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Association between somatosensory sensitivity and regional gray matter volume in healthy young volunteers: a voxel-based morphometry study2023

    • Author(s)
      Onishi H, Nagasaka K, Yokota H, Kojima S, Ohno K, Sakurai N, Kodama N, Sato D, Otsuru N.
    • Journal Title

      Cereb Cortex

      Volume: 33 Issue: 5 Pages: 2001-2010

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac188

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Transcranial direct current stimulation and transcranial random noise stimulation over the cerebellum differentially affect the cerebellum and primary motor cortex pathway2022

    • Author(s)
      Kawakami Saki、Inukai Yasuto、Ikarashi Hitomi、Watanabe Hiraku、Miyaguchi Shota、Otsuru Naofumi、Onishi Hideaki
    • Journal Title

      Journal of Clinical Neuroscience

      Volume: 100 Pages: 59-65

    • DOI

      10.1016/j.jocn.2022.04.003

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of Transcranial Electrical Stimulation over the Posterior Parietal Cortex on Tactile Spatial Discrimination Performance2022

    • Author(s)
      Saito Kei、Otsuru Naofumi、Inukai Yasuto、Kojima Sho、Miyaguchi Shota、Nagasaka Kazuaki、Onishi Hideaki
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 494 Pages: 94-103

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2022.05.010

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of a Body Part Action on Body Perception of the Other Inactive Body Part2022

    • Author(s)
      Hara Masayuki、Sugata Hisato、Otsuru Naofumi、Takasaki Masaya、Ishino Yuji、Mizuno Takeshi、Miki Masahito、Kanayama Noriaki
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems

      Volume: 1 Issue: 3 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1109/tcds.2022.3210659

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] MEG解析における内受容関連領野の興奮抑制バランスと不安との関連2023

    • Author(s)
      池田彩華,大鶴直史,五十嵐眸実,飯室幸士,井上創太,大西秀明
    • Organizer
      第28回日本基礎理学療法学会学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 心拍変動に関連する脳内神経基盤の検討ーMEGを用いた解析ー2023

    • Author(s)
      飯室幸士,大鶴直史,五十嵐眸実,井上創太,大西秀明
    • Organizer
      第28回日本基礎理学療法学会学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 右頭頂間溝への経頭蓋直流電気刺激が反応抑制機能に与える影響2022

    • Author(s)
      志賀恭介,宮口翔太,犬飼康人,大鶴直史,大西秀明
    • Organizer
      第28回脳機能とリハビリテーション研究会学術集会(Web開催)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 電界シミュレーションを用いた経頭蓋交流電流による鎮痛効果の検討2022

    • Author(s)
      五十嵐眸実,大鶴直史,長坂和明,宮口翔太,Jose Gomez-Tames,平田晃正,大西秀明
    • Organizer
      第28回脳機能とリハビリテーション研究会学術集会(Web開催)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 異なる電流強度による経皮的迷走神経刺激が自律神経活動に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      横田裕丈,江玉睦明,平林怜,関根千恵,大鶴直史,齊藤慧,小島翔,宮口翔太,大西秀明
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会学術大会(大阪)
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 疼痛の評価と治療2022

    • Author(s)
      大鶴直史
    • Organizer
      日本物理療法合同学術大会2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 疼痛治療と多職種連携2022

    • Author(s)
      大鶴直史
    • Organizer
      日本ペインクリニック学会第3回北関東・甲信越支部学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 運動器慢性疼痛に対するリハビリテーション医療の問題点と今後の展望2022

    • Author(s)
      大鶴直史
    • Organizer
      第6回日本リハビリテーション医学会秋季学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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