2018 Fiscal Year Research-status Report
Cerebral diagnostic biomarkers for chronic pain by machine-learning analysis of MRI and microglial PET imaging
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18K08849
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
倉田 二郎 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 講師 (50349768)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 機能的磁気共鳴画像法 / 拡散強調画像法 / Voxel-based morphometry / オフセット鎮痛 / 下行性疼痛修飾系 / 報酬系 / 慢性疼痛 / 機能的結合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
慢性疼痛患者22人と健康被験者17人に対して、オフセット鎮痛の機能的MRI(fMRI)を含むマルチモーダルMRIを施行し、各種心理物理指標と関連付ける画像解析を行った。最初に、解剖画像から灰白質体積を計算した結果、慢性痛患者では中帯状皮質と前島皮質の灰白質体積が減少しており、後者と側坐核・内側前頭前皮質との機能的結合性が減少していることを見いだした。慢性疼痛で報酬系機能が低下することを解剖・機能両面から突き止めた研究である。
慢性疼痛患者ではオフセット鎮痛が減弱することを2017年に発表した後、その脳内機構をfMRIデータから研究した。オフセット鎮痛時に、健康被験者では前帯状皮質、背外側前頭前皮質、中脳水道灰白質などの下行性疼痛修飾系回路、側坐核、内側前頭前皮質などの報酬系回路が賦活を呈するが、慢性疼痛患者では逆に活動低下を示すことを見いだした。このような脳機能変化が痛みの慢性化に関与する可能性を、脳活動解析により直接示した世界初の研究である。
さらに、慢性腰痛患者16人と健康被験者16人を対象にfMRIおよび解剖画像を取得し、灰白質体積と機能的結合性を組み合わせて解析する手法を適用した。その結果、慢性腰痛患者では背外側前頭前皮質と小脳の一部の灰白質体積が減少、両側感覚運動皮質と小脳の一部で逆に増加していた。機能的結合性解析から、痛みの情動要素に関連して前島皮質の痛み情動回路が、痛みの強さに関連して両側感覚運動回路が強化することを見いだした。このような脳機能・解剖変化が腰痛の慢性化に関わることを示唆した研究である。
一方、慢性疼痛患者と健康被験者の安静時fMRIのデータから脳内ネットワークを網羅的に解析した結果、慢性疼痛患者では小脳と大脳辺縁系および感覚運動系との機能的結合性が変容を来すことを示した。痛みの慢性化に小脳が果たす役割を示した意義が大きく、出版準備を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究により、慢性疼痛患者におけるオフセット鎮痛とマルチモーダルMRI画像(計39人)、および、慢性腰痛患者における腰痛関連fMRI画像(計32人)と多くの脳画像データを蓄積することができたため、これらの多角的解析から、複数の原著論文出版に漕ぎ着けることができた。帝京大学から借用した熱刺激装置PATHWAYが順調に稼動し、そのメンテナンスを科研費を財源に行えた事も大きな要因である。
一方、本研究のもう一つの柱であるミクログリア画像化PETに関しては、慈恵会医科大学ー浜松医科大学間の共同研究として新臨床研究法に則り準備を進めており、2019年度中には最初の予備実験を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 慢性疼痛患者と健康被験者を対象に、オフセット鎮痛を含むマルチモーダルMRI画像データをさらに蓄積し、各慢性疾患毎のデータ数を増やして解析することが出来る様に進めてゆく。さらに、これらのデータに対して機械学習によるパターン解析を導入し、慢性疼痛の診断と治療評価に利用可能なパラメータを見いだす研究を進める。
2) 浜松医科大学と共同して、慢性疼痛患者を対象にミクログリア画像化PETの研究体制を確立する。2019年度内に予備実験を行い、2020年度には対照健康被験者を含めた本研究に移行できるように進める計画である。
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| Causes of Carryover |
2018年度はMRIデータ解析の仕事が主体になり、浜松医科大学との綿密な打合せを必要とするミクログリア画像化PET研究が進まなかった。その結果、当初PET研究に計上していた研究経費に余剰が生まれ、2019年度に持ち越しとなった。
2019年度には、助成金を使用してPET研究を具体的に推進する計画である。新臨床研究法に基づいた研究計画承認、東京ー浜松間の交通、PET予備実験、被験者謝礼などに助成金を使用する予定である。
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