Development of animal model of breathing method and the application for willdynamics

• Project Area: Creation and Promotion of the Will-Dynamics
• Project/Area Number: 19H05010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 高雄 啓三 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (80420397)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 環境生理学 / 実験系心理学 / 呼吸 / 瞑想 / オペラント条件付け / オペラント学習 / 実験心理学 / マウス

Outline of Research at the Start

意志力を強化させうる東洋の伝統的な瞑想・訓練法の中心にある深い呼吸、すなわち低速度の呼吸法について、動物モデルを活用してその生物学的意義を明らかにし、意志力の神経メカニズムの解明に迫る。本研究では、伝統的訓練法の核をなす呼吸法をマウスが実行できるシステムを作製し、呼吸法が意志力に与える影響を解析し、意志力の調節モデルを確立する。前回の公募研究の中で、マウスの呼吸速度を自由行動下に測定するシステムを立ち上げ、意志に関わる行動異常を示すマウス系統で呼吸パターンの異常を見出している。本研究ではそれらのマウスの意志力の回復も目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ヨーガや武道、瞑想法などでは身体技法とともにこころの操作技法が重要とされている。その操作の基本訓練としてさまざざまな伝統的訓練法には呼吸法によるトレーニングが取り入れられている。本研究は、ヨーガや武道、瞑想法などで見られる伝統的なこころの訓練法の核をなす呼吸法についてマウスが実行できるシステムを構築し、呼吸法が意志力に与える影響を解析できるようなモデルを確立することを目的とした。
これまでに非拘束でマウスの呼吸数をモニタするシステムを立ち上げ、得られたデータをリアルタイムで解析し、マウスの呼吸の速度に応じて環境刺激をフィードバックループで与えることで、マウスに人為的に設定した速度で呼吸するよう訓練するシステムを開発した。野生型マウスに対してこのフィードバックループを用いた訓練を行ったところ、呼吸波形の波成分のうち速い成分が減少し、遅い成分が増加した。フィードバックループをさせないマウスと比較するとフィードバックループによる訓練を受けたマウスは有意に遅い呼吸を示すことが明らかとなった。
自律的に調整される呼吸を動物で人為的に調整することは困難であったが、環境刺激をフィードバックループすることで呼吸操作についてのオペラント学習が成立し、人為的に遅い呼吸を誘導することができたと考えられる。
今後、この呼吸法訓練を受けたマウスについて行動様式の変化を解析し、ヨーガや武道、瞑想法などでのこころの訓練との類似度を解析し、呼吸法のモデルとしての妥当性を検討していく。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mice with mutations in Trpm1, a gene in the locus of 15q13.3 microdeletion syndrome, display pronounced hyperactivity and decreased anxiety-like behavior (2021)
  • Author(s): Hori Tesshu、Ikuta Shohei、Hattori Satoko、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Koike Chieko
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 14：61 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00749-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in mice (2021)
  • Author(s): Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H, Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S, Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S, Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H & Fukai S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1848-1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • NAID: 120006996978
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heterogeneity of microglial proton channel in different brain regions and its relationship with aging. (2021)
  • Author(s): Kawai T,Takao K,Akter S,Abe M,Sakimura K,Miyakawa T,Okamura Y
  • Journal Title: J Neurochem. Volume: - Issue: 3 Pages: 624-641
  • DOI: 10.1111/jnc.15292
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vascular PDGFR-alpha protects against BBB dysfunction after stroke in mice. (2020)
  • Author(s): Nguyen QL, Okuno N, Hamashima T, Dang ST, Fujikawa M, Ishii Y, Enomoto A, Maki T, Nguyen HN, Nguyen VT, Fujimori T, Mori H, Andrae J, Betsholtz C, Takao K, Yamamoto S, Sasahara M.
  • Journal Title: Angiogenesis Volume: 24(1) Pages: 35-46
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Maternal dietary imbalance between omega-6 and omega-3 fatty acids triggers the offspring’s overeating in mice (2020)
  • Author(s): Sakayori N, Katakura M, Hamazaki K, Higuchi O, Fujii K, Fukabori R, Iguchi Y, Setogawa S, Takao K, Miyazawa T, Arita M, & Kobayashi K
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01209-4
  • NAID: 120007169782
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature elevation in tissue detected in vivo based on statistical analysis of ultrasonic scattered echoes (2020)
  • Author(s): Takeuchi Michio、Sakai Toshihiko、Andocs Gabor、Takao Keizo、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 9030-9030
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65562-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nasal vaccine delivery attenuates brain pathology and cognitive impairment in tauopathy model mice (2020)
  • Author(s): Takeuchi Hiroki、Imamura Keiko、Ji Bin、Tsukita Kayoko、Enami Takako、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Hasegawa Masato、Sahara Naruhiko、Iwata Nobuhisa、Inoue Makoto、Hara Hideo、Tabira Takeshi、Ono Maiko、Trojanowski John Q.、Lee Virginia M.-Y.、Takahashi Ryosuke、Suhara Tetsuya、Higuchi Makoto、Inoue Haruhisa
  • Journal Title: npj Vaccines Volume: 5 Issue: 1 Pages: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41541-020-0172-y
  • NAID: 120006817588
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GluD1 knockout mice with a pure C57BL/6N background show impaired fear memory, social interaction, and enhanced depressive-like behavior (2020)
  • Author(s): Nakamoto Chihiro、Kawamura Meiko、Nakatsukasa Ena、Natsume Rie、Takao Keizo、Watanabe Masahiko、Abe Manabu、Takeuchi Tomonori、Sakimura Kenji
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Issue: 2 Pages: 0229288-0229288
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0229288
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis of heterozygous Syngap1 knockout mice (2019)
  • Author(s): Nakajima Ryuichi、Takao Keizo、Hattori Satoko、Shoji Hirotaka、Komiyama Noboru H.、Grant Seth G. N.、Miyakawa Tsuyoshi
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 3 Pages: 223-237
  • DOI: 10.1002/npr2.12073
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis of mice repeatedly treated with propofol. (2019)
  • Author(s): Fujii K, Otofuji H, Nakamura Y, Koshidaka Y, Adachi M., Sasakawa E, Darwish M, Takao K.
  • Journal Title: Translational and Regulatory Sciences Volume: 1(2)
  • NAID: 130007753982
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-resolution MR image by high precision signal analysis method for accurately analyze complex signals (2019)
  • Author(s): Hasegawa Masaya、Juanda Ruha Ahmad Naif Syaihan B.、Hirobayashi Kanna、Fuji Kazuki、Takao Keizo、Noguchi Kyo、Hirobayashi Shigeki
  • Journal Title: Imaging, Manipulation, and Analysis of Biomolecules, Cells, and Tissues Volume: 10881 Pages: 52-52
  • DOI: 10.1117/12.2509050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マウスにおけるゲノム編集と行動解析を起点とした『こころ』の研究. (2021)
  • Author(s): 高雄啓三
  • Organizer: 公益社団法人日本心理学会若手の会 異分野間恊働懇話会 2021
  • Invited
• [Presentation] ダウン症モデルマウスの大脳新皮質において発生異常が引き起こされる分子メカニズム． (2020)
  • Author(s): 倉林伸博，高雄啓三
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] 超音波散乱波統計解析による癌温熱治療中の腫瘍組織 内温度 上昇の非侵襲測定. (2020)
  • Author(s): 竹内道雄，坂井俊彦，Andocs Gabor，高仲強，高将司，山下国子，川原昌宏，野尻智子，田中麻 香，則島あずさ， 尾本吉隆，大村眞朗，長岡亮，高雄啓三，長谷川英之．
  • Organizer: 第４１回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
• [Presentation] 非調和解析（ＮＨＡ）を用いたマウス呼吸の時間周 波数解析． (2020)
  • Author(s): 淺野雄輝，藤井一希，長谷川昌也，廣林茂樹，高雄啓三．
  • Organizer: 第67回日本実験動物学会総会
• [Presentation] 共母体免疫活性化は胎児の脳における Ptprd 遺伝子微小 エクソン選択調節を撹乱する． (2020)
  • Author(s): 藤村耕平，仙道水月，藤井一希，吉田知之，高雄啓三．
  • Organizer: 第67回日本実験動物学会総会
• [Presentation] ラジオ波加熱されたラット腫瘍内の超 音波散乱波統計波の統計解析による温度変化測定． (2020)
  • Author(s): 竹内 道雄，坂井 俊彦，Andocs Gabor, 高雄 啓三，長岡 亮，長谷川 英之．
  • Organizer: 日本超音波医学会第93回学術集会
• [Presentation] 超音波エコー振幅分布モデルへの整合誤差の評価による散乱体密度推定精度の向上 (2020)
  • Author(s): 尾本吉隆，長谷川英之，長岡 亮，竹内道雄，坂井俊彦，Gabor Andocs, 高雄啓三
  • Organizer: 日本音響学会 2020年春季研究発表会
• [Presentation] マウスにおけるゲノム編集と行動解析を起点とした精神疾患研究 (2019)
  • Author(s): 高雄啓三
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] 超音波散乱波統計解析によるラジオ波加熱されたラット腫瘍組織内温度上昇の非侵襲測定 (2019)
  • Author(s): 竹内 道雄, 坂井 俊彦, Andocs Gabor, 高雄 啓三，長岡 亮，長谷川 英之
  • Organizer: 第40回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
• [Presentation] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • Author(s): Fujii K, Koshidaka Y, Adachi M, Yanagibashi Y, Matsuo M, Nishizono H, Aizawa Y, & Takao K
  • Organizer: 49th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Increased social interaction and anxiety-like behaviors in FLRT2 deficient mice (2019)
  • Author(s): Yamagishi S, Eto F, Shinoda Y, Ogawa S, Yao I, Takao K, Miyakawa T, & Sato K
  • Organizer: 49th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • Author(s): Takao K, Fujii K, Koshidaka Y, Adachi M, Yanagibashi Y, Matsuo M, Nishizono H, & Aizawa Y
  • Organizer: 18th Annual meeting of MCCS (The Molecular and Cellular Cognition Society) meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規プロテインキナーゼA（PKA）結合タンパクAkain1 欠損マウスは痛覚感受性低下と類似条件弁別障害を示す (2019)
  • Author(s): 藤井一希，腰高由美恵，安達真由美，柳橋裕子，松尾美奈，西園啓文，相澤康則，高雄啓三.
  • Organizer: 日本心理学会第83回大会
• [Presentation] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • Author(s): Fujii K. Koshidaka Y. Adachi M. Yanagibashi Y. Matsuo M. Nishizono H. Aizawa Y. Takao K.
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
• [Presentation] Comprehensive behavioral analysis of heterozygous SynGap1 knockout mice (2019)
  • Author(s): Nakajima R, Takao K, Hattori S, Shoji H, Komiyama NH, Grant SGN, Miyakawa T.
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
• [Presentation] Repulsive guidance molecule FLRT2 regulates social behavior. (2019)
  • Author(s): Yamagishi S, Eto F, shinoda Y, Ogawa S, Yao I, Takao K, Miyakawa T, Sato K
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
• [Presentation] Investigation into the role of Glra4, a functionally unknown subunit of glycine receptors, in brain function and neurological disorders. (2019)
  • Author(s): Darwish M, Endo T, Uno K, Takao K, Nishizono H.
  • Organizer: 第42回 日本神経科学大会
• [Presentation] シナプスオーガナイザーPtprd 遺伝子の微小エクソン選択調節の生理的意義 (2019)
  • Author(s): 仙道水月, 和泉宏謙, 今井彩子, 高雄啓三, 森 寿, 吉田知之
  • Organizer: 日本生化学会北陸支部 第37回大会
• [Presentation] 生体の深部加温実験における超音波散乱波の統計的解析による内部温度変化測定. (2019)
  • Author(s): 竹内道雄, 坂井俊彦, Andocs Gabor, 高雄啓三，長岡 亮，長谷川英之
  • Organizer: 日本超音波医学会第92回学術集会
• [Presentation] メラトニン産生能が異なるマウス系統におけるメラトニン投与による行動特性変化の解析 (2019)
  • Author(s): 新山貴仁, 藤村耕平, 藤井一希, 笹川恵理, 腰高由美恵, 安達真由美, 高雄啓三
  • Organizer: 第66回日本実験動物学会
• [Presentation] 生体の深部加温実験における超音波散乱波の統計的解析による内部温度変化測定 (2019)
  • Author(s): 竹内道雄, 坂井俊彦, Andocs Gabor, 高雄啓三，長岡 亮，長谷川英之.
  • Organizer: 第84回日本温泉気候物理医学会総会・学術集会