Functional Networks in the Non-Human Primate Brains

• Project/Area Number: 22K20703
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 羽賀 柔 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 特別研究員 (10963027)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: MRI / functional MRI / common marmoset / functional connectivity / graph theory / connectome / コモンマーモセット / resting-state fMRI / 脳機能ネットワーク解析 / 超高磁場 / 霊長類

Outline of Research at the Start

神経変性疾患は脳機能ネットワークの変性を引き起こすことが報告されている。疾患がもたらす機能的影響の評価において、機能ネットワークが次世代の疾患評価バイオマーカーとして注目されている。現在、疾患病態の解明に向けて、小型霊長類であるコモンマーモセットを対象とした研究が進められている。しかし、健常個体のデータが少ないため、脳機能基盤ネットワークを解明し病態観測技術を発展させる必要がある。
本研究では「健常モデルのコモンマーモセットにおける覚醒下の脳機能ネットワークの解明」を目指す。本研究で得られると予想される成果は、神経変性疾患の病態解明への貢献が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

現在、小型霊長類のコモンマーモセットを対象とし、神経変性疾患モデルの作出が試みられている。本研究では、functional MRI(fMRI)から算出されるfunctional connectivity(FC)を用いて健常個体の脳機能ネットワークを解明することで、疾患がもたらす脳機能異常の検出技術を発展させることを目指し、下記を実施した。
1.脳機能解析の精度を向上させるため、検討対象の個体を追加した。本研究では健常個体のコモンマーモセットについて覚醒下でのfMRI実験が必要があり、その前準備としてheadpost設置手術を実施した。
2.既存の個体はfMRI実験を進行し、新規の個体についてはトレーニングを実施した。このトレーニングは実験中に安静状態を維持するために必要不可欠であり、先行研究で示された評価基準を満たすまで実施した。また、fMRI実験には静磁場強度=9.4Tの超高磁場MRI装置を用いた。なお、本研究は理研脳神経科学研究センター動物実験実施指針に従って実施した。
3.実験で取得した脳機能画像について、コモンマーモセット脳に特化した画像解析pipeline（画像前処理から脳領域間のFCの算出）を構築した。
4.算出したFCデータとグラフ理論を用いて、健常個体のコモンマーモセットの脳機能ネットワークの特徴量を算出した。さらに疾患評価に応用できる可能性のあるネットワークの特徴量を見出した。
最終的に得られた脳機能ネットワークの特徴量は、疾患モデルの脳機能評価に欠かせない情報である。将来的に、本研究の成果はパーキンソン病やアルツハイマー病をはじめとする神経変性疾患の病態解明への貢献が期待される。