脳機能再編で生じる特異的脳血流動態の解明～脳機能回復バイオマーカーの確立に向けて

• Project/Area Number: 23K24706
• Project/Area Number (Other): 22H03448 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 村田 弓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (80512178)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川口 拓之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60510394) ; 肥後 範行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 総括研究主幹 (80357839) ; 竹村 文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90357418) ; 山田 亨 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10344144)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2023: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: リハビリテーション / 脳機能イメージング / 上肢運動機能 / 脳卒中動物モデル / fNIRS / 神経可塑性 / 動物モデル

Outline of Research at the Start

これまでの研究から、サル脳梗塞モデルを対象とした機能的近赤外分光計測(fNIRS)により、脳損傷後の運動機能回復において機能代償領野が賦活し、その機能的脳血流反応が健常脳とは異なる特異な時間波形を示すことが分かってきた。本研究課題では「特異的脳血流変化の背景に機能回復に伴う脳内興奮・抑制バランスの変化がある」という仮説に基づき、その背景にある興奮・抑制ニューロンおよびシナプスの変化の解明を目指す。また、機能回復との相関関係を検証する。さらに興奮・抑制バランスの制御による影響を明らかにする。また、以上の研究結果から機能代償領野で生じる機能的再編のバイオマーカーとしての活用について検討したいと考える。

Outline of Annual Research Achievements

脳卒中などの脳損傷が起きた後に脳内において機能代償が起こり、障害を受けた運動機能などが回復することがある。本研究では、脳損傷後の回復にかかわる機能代償領野で生じる機能的再編のバイオマーカーを評価する方法を明らかにすることを目標に研究を行った。脳構造や手の動きがヒトと近いサルを対象に、指先で小さな物体をつまみ取る課題を行っているときの脳活動を計測し、損傷作成の前と後で脳活動の変化を比較する。損傷は第一次運動野からの下降路が通る内包に薬物を使用して作成する。脳活動の計測には、機能的近赤外分光計測(fNIRS)を使用し、特に左右半球の運動関連領域の脳血流の変化を計測する。また、脳活動の変化を調べる時期は、脳損傷後の回復後の時期だけでなく、回復途中の脳活動の変化も合わせて明らかにする。今年度は、動物の課題への汎化トレーニングを実施した。また、小さな物体のつまみ動作の計測方法について、課題装置および行動の計測方法について検討や装置の改修や作成を行った。さらにfNIRS計測のためのインプラントの設置およびMRIやCTを使用してインプラント設置位置の確認を実施することができた。インプラントの設置位置やMRIによる解剖画像の情報はfNIRS計測による脳活動計測時の解析にも使用する予定である。さらに損傷前のつまみ動作中の脳活動を計測するためのfNIRS計測を行うことができた。今後、損傷前および損傷後のfNIRS計測を行っていく。本研究結果は学会及び論文等で発表する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

動物の汎化トレーニングおよび課題装置の作成など予定通りに進めることができ、fNIRS計測を行うことができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は損傷前のつまみ動作中の脳活動のfNIRS計測を行う。さらに内包に損傷を作成した後、運動麻痺が生じた後のつまみ動作中の脳活動の計測をfNIRSを用いて行う。また、つまみ動作中の手の動きの画像解析を行い、回復途中の手の動きと脳活動との関連性についても調べる。並行して組織学的な手法を用いて機能代償領野の神経細胞に生じる可塑的な変化についても調べる。