Influence of high concentrated oxygen inhalation on cerebral blood flow during higher brain functioning

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07723
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 白川 崇子 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 教授 (40218045)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畑 純一 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (00568868) ; 酒井 晃二 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20379027) ; 関根 紀夫 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (70295434) ; 松浦 勉 群馬大学, 数理データ科学教育研究センター, 研究員 (80181692) ; 古川 顕 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 教授 (80199421) ; 山田 惠 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80315960) ; 岡野 ジェイムス洋尚 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (90338020)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: NIRS / fMRI / 高次脳活動 / 酸素吸入

Outline of Annual Research Achievements

ヒトは通常の活動時に「脳の力」を100％使い切っておらず、学習中ですら余力を残していることが想定され、本研究は、ヒト高次脳活動には「拡張可能な潜在能力」が存在するか？という疑問に基づいて行っている。本研究の目標は、高次脳活動中、高濃度酸素吸入が脳血液の分布にどのような影響を及ぼすか NIRS/fMRI同時データ収集を行い解析することである。
30秒コントロール + 30秒 room air一桁計算 + 60秒 5 リットル/分 酸素吸入一桁計算中のデータ収集を行った。生理的に酸素は血管収縮作用があるが、高濃度酸素吸入よって、高次脳活動領域へさらにoxyhemoglobinを含む大量の血液が供給され、脳活動領域が拡がった。また、別の脳領域にも脳血液量が増加し、脳活動開始したことがわかった。
オンラインおよびリアル対面による研究代表者、研究分担者とミーティング、ディスカッションを行った。また、PubMedによる文献検索で本研究は新規性が高いと確認した。
計39人（男性13人、女性26人）のデータ収集を行った。一桁計算開始とともに、前頭葉活動領域の血液量が増え、酸素吸入(脳動脈に高濃度酸素が到達するのは、酸素吸入開始から30秒後)によって、さらに脳活動領域の血液量増加と新たな脳活動領域の出現を証明した。
しかし、計算を30秒以上続けると、酸素吸入しなくても、脳活動が増加するのか？という疑問がある。次に13人（男性８人、女性５人）に対して、30秒 コントロール ＋ 90秒 room air一桁計算を行った。この結果と、前述の酸素吸入時の結果を比較すると、酸素吸入をすればさらに脳活動領域の血液量増加と新たな脳活動領域の出現があると証明した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度から2021年度７月まで、COVID-19蔓延のため、大学構内へ被験者の入構や長時間滞在が困難になりデータを増やせなかった。東京オリンピック後から被験者を確保してデータ収集を行なった。しかし、2022年に新型コロナウィルス オミクロン株が蔓延して、若者が感染するようになり、研究代表者が所属する大学の学生にも多発の罹患者が発生したため2022年２、３月の春休み期間は、被験者を入構させなかった。
しかしながら、全部で39人（男性13人、女性26人）の30秒コントロール + 30秒 room air一桁計算 + 60秒 5 リットル/分 酸素吸入一桁計算中のデータ収集を行った。個々の被験者のコントロールとタスクの比較は容易だが、被験者間や群別の比較は困難である。男女別、右利きと左利きに群を分けて、統計解析する方法を考案して、プログラム中である。プログラムの構想は完成して、現在は、微調整中である。
また、13人（男性８人、女性５人）に対して、30秒 コントロール ＋ 90秒 room air一桁計算を行った。これによって、酸素吸入をするとさらに脳活動領域の血流量増加、新たな脳活動領域の出現することを証明した。

Strategy for Future Research Activity

本研究は2018年度から2020年度を予定していた。しかし、COVID-19蔓延による研究遅延のため、2023年度まで研究期間の延期・再延期が承認された。
NIRSデータの血液量は、被験者ごとにコントロールとタスクを比較する。データ収集した39人を男女、右利きと左利きに群を分けて、統計解析する必要がある。個々の被験者のコントロールとタスクの比較は容易だが、被験者間や群別の比較は困難である。しかしながら、画期的な方法を考案して、プログラム中である。プログラムは完成に近づき、現在は微調整中である。
直接経費の繰越し金は、学会参加費、学会・ミーティング旅費、英文校正料、論文翻訳料に助成金を使用し、今年度中に論文を完成する予定である。

Causes of Carryover

次年度使用が生じた理由は、COVID-19蔓延により、2020年から2021年7月まで被験者を入構させられない期間があり、また、2022年のオミクロン株の出現で、若者にも感染が広がり、研究代表者が所属する大学の学生も多くが罹患した。データ収集がはかどらなかったため、研究が遅れている。
直接経費の繰越し金は、学会参加費、学会・ミーティング旅費、英文校正料、論文翻訳料に助成金を使用する予定である。