統合イメージングによる脳内ネットワークの自発的・能動的状態遷移ダイナミクスの解明

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 18H04960
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 花川 隆 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 脳病態統合イメージングセンター, 部長 (30359830)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 脳ダイナミクス / 機能的磁気共鳴画像 / 脳波 / 注意 / 脳ネットワーク / 脳活動ダイナミクス / 機能的MRI / 神経回路 / ダイナミクス / 注意機能

Outline of Annual Research Achievements

安静時fMRIを用いたヒト脳ネットワークの解明が進んでいるが，安静時fMRIで描出される安静時脳ネットワークの時間変動の特性にはまだ不明な点も多い．その理由の一つは，fMRIのみではネットワークの挙動の時間変動（ダイナミクス）の情報が十分に得られないからである．そこで，時間・空間解像度が相補的である128 チャンネル脳波並びに課題及び安静時fMRI同時計測を統合し，ヒト脳ネットワークの動的変動を高精度に測定する技術の開発を目指した．39名の健常参加者から計測を行った．安静時は開眼固視条件，課題はフランカー課題を用いた．fMRIデータはSPM並びにFSLでグループICAによるノイズ削減を含めた前処理を行った．脳波データから，まずMRI撮像に伴う機械的ノイズ高磁場環境で増強する生理的ノイズの除去を行い，残存するアーチファクトはさらにICA及びartifact subspace reconstructionにて低減させた．アーチファクト除去後の脳波の短時間フーリエ解析により，周波数帯ごとのスペクトル密度を1秒ごとに全電極から計算した．ここでは左右の背側注意ネットワーク（DAN）の挙動に注目し，DANにおけるfMRI信号の時間変動と，アルファ（8-13 Hz）とベータ（13-30 Hz）帯域の脳波成分の時間変動の間に関係があるかを検討した．左右のDANの信号と後頭頭頂領域の電極のスペクトル密度に負の相関があることを発見した．左のDANにおける相関は課題時と安静時で差があったが，右DANでは大きな差は見られなかった．この研究結果は，後頭頭頂領域のアルファとベータ帯域の脳波成分はDANの活動に連れ立って変動する成分があることを明確にした．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Comparison of different phase synchronization measures for identifying event-related functional connectivity in human magnetoencephalographic and simulated data (2020)
  • Author(s): Yoshinaga K, Matsuhashi M, Mima T, Fukuyama H, Takahshi R, Hanakawa T, Ikeda A
  • Journal Title: Front Neurosci Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Timing of phase-amplitude coupling is essential for neuronal and functional maturation of audiovisual integration in adolescents. (2020)
  • Author(s): Ohki T, Matsuda T, Gunji A, Takei Y, Sakuma R, Kaneko Y, Inagaki M, Hanakawa T, Ueda K, Fukuda M, Hiraki K
  • Journal Title: Brain Behav. Volume: 27 Issue: 6
  • DOI: 10.1002/brb3.1635
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase-Amplitude Coupling of Neural Oscillations Can Be Effectively Probed with Concurrent TMS-EEG (2019)
  • Author(s): Glim Sarah、Okazaki Yuka O.、Nakagawa Yumi、Mizuno Yuji、Hanakawa Takashi、Kitajo Keiichi
  • Journal Title: Neural Plasticity Volume: 2019 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1155/2019/6263907
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Editorial: Challenging the Functional Connectivity Disruption in Neurodegenerative Diseases: New Therapeutic Perspectives Through Non-invasive Neuromodulation and Cutting-Edge Technologies (2018)
  • Author(s): Zito Giancarlo、Hanakawa Takashi
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 12 Pages: 554-554
  • DOI: 10.3389/fnins.2018.00554
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of the EEG sensor number on the current-source decoder performance based on a variational Bayesian method (VBMEG) (2018)
  • Author(s): Tobar AM, Ogata Y, Kambara H, Kita K, Nakamura T, Hanakawa T, Koike Y, Yoshimura N
  • Journal Title: Int J Eng Res Allied Sci Volume: 5 Pages: 25-29
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Exploring the neural correlates of oscillations in human brain using simultaneous EEG-fMRI recording (2019)
  • Author(s): Hanakawa T and Yoshinaga K
  • Organizer: Neural Oscillation Conference 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Simultaneous TMS-fMRI to address neuroscientific problems-Mechanisms of cortico-spinal excitability modulation by motor imagery- (2018)
  • Author(s): Hanakawa T
  • Organizer: The 1st International Workshop for Static Magnetic Stimulation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Concurrent EEG/BCI-fMRI (2018)
  • Author(s): Hanakawa T
  • Organizer: Brain Storming on Primate Connectome 2018