Sptiotemporal dynamics of brain structure and connection in brain injury and plasticity

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03300
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 林 拓也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50372115)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 竜也 つくば国際大学, 医療保健学部, 助教 (60724812) ; 合瀬 恭幸 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 専門技術員 (70519404) ; 伊佐 正 京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 神経連絡性 / 拡散強調MRI画像 / 安静時機能的MRI画像 / 神経トレーサー

Outline of Annual Research Achievements

安静時脳機能MRI画像法および拡散強調画像法によるコネクトームの測定技術の確立を進め非侵襲観察技術による生体脳の可塑的変化の観察精度の向上をはかった。また拡散強調画像により得た脳機能・行動の変化時における皮質内神経突起特性の解析技術の最適化と妥当性の検証を進め、神経突起特性（神経突起密度や神経突起方向のバラつき）の皮質内分布が、皮質のミエリンや皮質厚などと関連する結果を得た。我々がヒトの脳において示した結果（Fukutomi et al. 2018)とも相同的な結果が得られ種間で技術を検証することができた。さらに神経突起の連絡を追跡する技術（神経拡散トラクトグラフィー）の手法の最適化や改善をすすめ、古典的神経トレーサー（BDA)との比較検証を行った。これにより神経拡散トラクトグラフィーの解析精度を確認することができた。さらに脳可塑性に伴う運動機能・行動の長期的変化のみられた脳の一部の連絡性について、神経拡散トラクトグラフィーによって大脳皮質の連絡性を調べたところ同じ個体の前の状態に比較して変化がみられることがわかった。同じ個体において神経トレーサーによる神経線維追跡を行ったところ、神経トレーサーにおいても正常個体と比較して連絡性の変化がみられることがわかった。今後これら神経拡散トラクトグラフィーと神経トレーサーとの両者の統合的解析を進め、霊長類の行動変化に伴う脳内の神経連絡性や神経突起の変化がどのように生じるのか明らかにする。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Does the Diffusion Tensor Model Predict the Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? - Cortical DTI-NODDI (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru、Glasser Matthew F、Murata Katsutoshi、Akasaka Thai、Fujimoto Koji、Yamamoto Takayuki、Autio Joonas A、Okada Tomohisa、Togashi Kaori、Zhang Hui、Van Essen David C、Hayashi Takuya
  • Journal Title: BioRxiv Volume: - Pages: -
  • DOI: https://doi.org/10.1101/441659
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neurite imaging reveals microstructural variations in human cerebral cortical gray matter (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru、Glasser Matthew F.、Zhang Hui、Autio Joonas A.、Coalson Timothy S.、Okada Tomohisa、Togashi Kaori、Van Essen David C.、Hayashi Takuya
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 182 Pages: 488～499
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.02.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒト脳の解明のための霊長類脳コネクトーム研究 (2019)
  • Author(s): Hayashi Takuya
  • Organizer: 第21回日本ヒト脳機能マッピング学会
  • Invited
• [Presentation] Towards the Macaque Connectome: 24-Channel 3T Multi-Array Coil, MR Sequences, and HCP-style Preprocessing (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Nishigori Kantaro, Yamaguchi Masataka, Hori Yuki, Yoshida Atsushi, Murata Katsutoshi, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya.
  • Organizer: ISMRM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of a 24-Channnel 3T Multi-Array Coil for functional MRI in awake monkeys (2018)
  • Author(s): Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Murata Katsutoshi, Urushibata Yuta , Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Translating the Human Connectome Project to Marmoset Imaging (2018)
  • Author(s): Hori Yuki, Autio Joonas, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Yamaguchi Masataka, Kawasaki Akihiro, Takeda Chiho, Yokoyama Chihiro, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Resting State Functional CorticoStriatal Connectivity in Parkinsonian Monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Yamaguchi Masataka, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第41回日本神経科学学会
• [Presentation] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Development of a 24-Channel Multi-Array Coil for functional MRI at 3T in awake macaques (2018)
  • Author(s): Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Dopaminergic modulation of functional connectome in anesthetized macaque monkeys (2018)
  • Author(s): Nishigori Kantaro, Ose Takayuki, Ohno Masahiro, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Yoshida Atsushi, Negishi Toru, NAKAZAWA Shunsuke, urushino Naoko, Ichihara Junji, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Translating Human Connectome Project to Marmoset Imaging (2018)
  • Author(s): Hori Yuki, Autio Joonas, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Kawasaki Akihiro, Takeda Chiho, Yokoyama Chihiro, Yamaguchi Masataka, Yoshida Atsushi, Glasser Matthew F, Van Essen David, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Prediction of Neurite Indices From Diffusion Tensor Imaging in the human cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru, Akasaka Thai, Fujimoto Koji, Yamamoto Takayuki, Okada Tomohisa, Kaori Togashi, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Does Diffusion Tensor Model Predict Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? ? Cortical DTI-NODDI (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru, Murata Katsutoshi, Glasser Matthew F, Akasaka Thai, Fujimoto Koji, Yamamoto Takayuki, Autio Joonas, Okada Tomohisa, Kaori Togashi, Zhang Gary Hui, Van Essen David, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] 霊長類脳コネクトームと病態解明 (2018)
  • Author(s): Hayashi Takuya
  • Organizer: 第9回札幌神経科学研究会
  • Invited
• [Presentation] Age-dependent changes of structure, myelin and neurite in adult human cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Sasaki Akihiro, Fukutomi Hikaru, watanabe kyosuke, Morito Yusuke, Tajima Kanako, Ebisu Kyoko, Iwasaki Miho, Mizuno Kei, Hayashi Takuya, Watanabe Yasuyoshi
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会