2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of epigenomic markers that enable to perform early assessment and intervention for neurodevelopmental disorders
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18K18663
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| Research Institution | Seitoku University |
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Principal Investigator |
久保田 健夫 聖徳大学, 児童学部, 教授 (70293511)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 豊一 聖徳大学, 心理・福祉学部, 教授 (10348154)
腰川 一惠 聖徳大学, 教職研究科, 教授 (70406742)
望月 和樹 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (80423838)
張山 昌論 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (10292260)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 発達障害 / 養育環境 / 早期介入 / 生物学的指標 / NIRS / 学習効果 / 姿勢 / 運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発達障害児に対し早期から良い環境を提供すれば障害傾向を軽減させられることが保育の現場で経験的に知られてきた。しかし発達を促す良い環境を科学的に判定できる方法はなかった。そこで本研究では、最新の生物学を基盤に発達促進環境を特定する方法の開発を目指すことにした。
本研究では当初、環境の良否の影響を受けて変化するエピゲノム（DNA上の化学修飾）をベースにした指標の開発を予定していた。しかしDNA試料獲得のための血液採取が本研究の対象とする幼児にとって著しく侵襲度が高いことが判明した。
そこで学習課題の負荷で変化し、低侵襲度で測定可能な、NIRS（近赤外光スペクトルスコピー）による脳血流内の酸化・還元ヘモグロビン値をベースにした指標の開発を目指すことにした。
初年度（平成30年度）の末にNIRS測定機器を購入し、第２年度（令和元年度）はこの装置の基本特性と限界を確認した。その結果、成人において「安静時の脳活性化状態に個人差があること」や「計算課題による活性化が認められること」、「定型発達の幼稚園児では本測定機器の装着ができること」、「知的障害時や中等度発達障害児では嫌がって外してしまい装着が難しいこと」が判明した。
以上をふまえ、最終第３年度（令和２年度）は、「脳活性化環境の把握（好きな物と嫌いな物、得意な学習課題と苦手な学習課題の前頭部の活性化の測定）」、「姿勢による学習効果の生物学的検証（良い姿勢で学習課題を行う際の前頭部の活性化と悪い姿勢で行う際の活性化の比較）」、「運動による実行機能改善効果の検証（高齢者において中等度の有酸素運動負荷で右前頭前野が活性化し先入観に惑わされず適切な行動を迅速にできる実行機能が高まるとの報告を受け、幼児や学童においても運動負荷が脳の活性化を介して実行機能が向上することを明らかにする）」の３課題を実施することにした。
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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
初年度末に購入したNIRS脳血流測定装置（Spectratech社製 OEG-16）を用いて、第２年度（令和元年度）は、その基本特性と限界を確認した。
その結果、以下の４点が明らかになった。（１）平時の脳活性化状態に個人差があること：具体的にはまず成人を対象に測定を行ってみたところ、ハチマキ状の脳血流検知器を装着し測定を開始した際に、安静時にも関わらず、脳の賦活度が高い（3D脳画像上に赤エリアが広域に出る）被検者と脳の賦活度が低い（3D脳画像上に青エリアが広域に出る）被検者がいることがわかった。（２）課題提供時に活性化が高まること：装着した安静時に脳の賦活度が低い（3D脳画像上に青エリアが広域に出る）被検者に対し計算課題（100から7ずつ引いて行ってもらう課題）を与えると前頭部が赤くなる変化が見られ、脳が活性化されることが判明した。（３）子どもでも装着が可能であること：定型発達の５歳の幼稚園児の頭にハチマキ様のバンドの検出器を装着したところ、５歳児でも成人同様に測定可能であることが確認できた。（４）中等度以上の障害児への装着は容易でないこと：ダウン症や自閉症スペクトラムを有する知的障害児や発達障害児に装着が困難であること（ハチマキ状の脳血流検知器を嫌がってすぐに外してしまう）が判明した。
以上より、次年度は測定が可能な定型発達児（または軽度の発達障害児）を対象にさらなる測定を進めることが良いと考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
第２年度のNIRS装置の基本性能と限界の検証結果をふまえ、最終第３年度（令和２年度）は以下の３課題を行う。
（１）前頭部を活性化させる環境の把握：成人に計算課題を与えたところリラックスしていた脳（パソコン画面上の脳画像が青優位）から一転して活性化（赤優位）に変わった。このことから苦手な課題は前頭部を活性化させると解釈された。さらに過剰な英語課題は両側前頭部の、適度な英語課題は片側前頭部を活性化させたとの研究報告もある（岐阜聖徳学園大学 2015）。以上より、子ども一人ひとりの適量の学習量の把握が本装置で可能かを検証する。
（２）姿勢による学習効果の生物学的検証：良い姿勢が本当に学習効果に貢献するかを生物学的に検証する。具体的には正しい姿勢時と悪い姿勢時のそれぞれの学習負荷時の前頭部変化を比較する。これにより悪い姿勢に比べて正しい姿勢が脳を活性化させるのか、リラックスさせるのかを明らかにする。
（３）運動による実行機能改善効果の検証：高齢者の判断力が高まることが明らかにされた。高齢者を対象に中等度の有酸素運動を与えると、与えないよりも、ストループ課題の誤答率が減少すること（赤字で「あお」と書かれたものを見せて、文字に惑わされて青と回答したら誤答、文字に惑わされず赤と回答したら正答とする課題）が報告された（Neurobiol Aging 2012）。また長崎県の特別支援学校では、感覚統合療法の理論の下、発達障害児を机に向かわせる前に身体を動かすことで集中力を高める試みを行ってきた。そこで本研究では運動の学習効果の生物学的検証を目的に、運動負荷による子ども用のストループカードの正答率が向上の有無を明らかにする。
以上により本萌芽研究で、NIRS装置を用いた学習効果の向上のための手法が確立された際は、その手法を軽度発達障害児の発達促進の手立てとして応用していく計画である。
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| Causes of Carryover |
最終第３年度（令和２年度）には（１）前頭部を活性化させる環境の把握、（２）姿勢による学習効果の生物学的検証、（３）運動による実行機能改善効果の検証の３課題を計画した。
このうち「（１）前頭部を活性化させる環境の把握」は、当初、第２年度（令和元年度）末に実施する予定にしていた。しかしながら研究対象としていた幼児・学童に対する計測の実施が、教育機関における新型コロナウイルスの感染予防の観点から難しくなり、最終第３年度（令和２年度）に延期して実施することにした。これに伴い、必要物品の購入も、最終第３年度（令和２年度）に実施する際に協力教育機関と協議して行うこととなった。
以上のとおり、次年度使用額が生じた理由は研究課題の１つの実施を次年度に延期したためである。
なお令和２年度の当初予算は、残り２つの研究課題「（２）姿勢による学習効果の生物学的検証」と「（３）運動による実行機能改善効果」の実施に充てる計画である。
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[Journal Article] An epigenome-wide analysis of cord blood DNA methylations reveals sex-specific effect of exposure to bisphenol A.2019
Author(s)
Miura R, Araki A, Minatoya M, Miyake K, Chen ML, Kobayashi S, Miyashita C, Yamamoto J, Matsumura T, Ishizuka M, Kubota T, Kishi R
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 9
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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