2018 Fiscal Year Research-status Report
Functional MRI and diffusion MRI analysis of motor function plasticity and networks utilizing machine learning.
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18K09005
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
丹下 祐一 順天堂大学, 医学部, 准教授 (60296853)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和気 秀文 順天堂大学, スポーツ健康科学部, 教授 (50274957)
中島 円 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50317450)
新井 一 順天堂大学, 医学部, 教授 (70167229)
田中 聡久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70360584)
菅野 秀宣 順天堂大学, 医学部, 准教授 (90265992)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 脳可塑性 / 拡散MRI / 機能MRI / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では運動習熟度に応じた脳構造および脳賦活部位の変化をMRI画像を用いて解析することによって、運動機能における脳可塑性の解明を目標としている。本年は、世界大会において受賞歴のある体操競技選手10名(平均19.9±1.3歳、男性・右利き)と体操競技未経験者10名(平均20.6±1.7歳、男性・右利き)を対象として、3T-MRI(MAGNETOM Prisma, Siemens Healthcare)を用いたMulti-shell DWIおよび3D-T1WIを撮像した。
Multi shell DWIを利用した精度の高いトラクトグラフィ手法であるMulti-shell multi-tissue constrained spherical deconvolution(MSMT-CSD)を用いて、コネクトーム解析を行った結果、体操競技選手では辺縁系領域および側頭・頭頂・後頭連合野における構造的接続性が、体操競技未経験者に比して有意に上昇していた。一方、グラフ理論解析では体操競技選手で全体指標であるcharacteristic path lengthが低下すると共に、strengthの有意な上昇が認められた。また、両側頭極、腹側中前頭回のstrengthも有意な上昇がみられた。即ち、側頭極や中側頭回は視空間認知と深く関連する領域であり、体操競技選手における高い視空間認知機能との関連が示唆されたと考えている。現段階では、体操競技選手の脳内では特異的な脳ネットワーク変化が生じているという我々の仮説に合致しうる途中結果が得られており、長期間の集中的運動トレーニングにより脳可塑性が惹起されたものと判断している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、予め撮影した競技者の視線の映像を用いる視覚空間把握課題および移動するカーソルに対する反応性を評価する運動反応性課題を施行する計画を立案した。視覚空間把握課題として、体操選手の大車輪（鉄棒競技）の演技の際の視覚映像を用いたが、体操競技未経験者では大車輪を含む鉄棒競技の経験が無く、視覚空間把握課題として適当で無かった可能性が指摘された。また、十分な弁別能を有する運動反応性課題の作成が現時点では達成されておらず、被検者の過去の経歴によるグループ分けに留まっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
脳内活動評価を機能MRI(fMRI)、線維連絡評価をDTI(connectome)、機能的結合評価をresting-state fMRIを用いて行うことによって、脳可塑性のメカニズムの解明を目指していくが、より基本的な運動動作に着目することによって、アスリート群と運動拙劣群との差異が明確化される可能性が高い。よって最も基本的な運動の一つである歩行に着目し、歩行能力と脳内活動、線維連絡、機能的結合の関係を解析していく方針である。これと並行して、弁別能を有する適当な運動反応性課題の開発を行って、被検者の群間解析を施行する。
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| Causes of Carryover |
MRI室内対応プロジェクターシステムに関しては、既存のシステムの利用が可能であったため、新規購入の必要が無かった。また、運動反応性課題のタスクの作成に遅延を生じているため、次年度使用額より計上する予定とした。
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