2019 Fiscal Year Research-status Report
Understanding the neural basis of resting-state functional MRI signal using Allen Brain database
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19K07797
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
住吉 晃 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 博士研究員(任常) (80612530)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 安静時機能MRI法 / コネクトーム / アレン脳科学研究所 / 血管造影法 / 神経回路モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安静時機能MRI法とは、近年の脳科学で広く使用されるようになった脳機能計測法の一つであり、世界各地で進行するコネクトームプロジェクトの基軸となる手法である。本法では、安静時の脳機能画像を経時的に計測し、興味のある脳領域間の相関係数を算出する事で、脳領域間の結合性（コネクティビティ）を評価するが、しばしば問題となるのは、相関係数の値が神経科学的に何を意味するのか、という根本的な「問い」である。電気生理学的手法との同時計測例が報告されているが、電気生理信号と機能MRI信号との相関係数は低く（0.3以下）、神経科学的な裏付けが曖昧なまま、本法が使用されている。理由として、①神経細胞以外の信号発生成分（グリア細胞・血管細胞など）が機能MRI信号に混在する、②既存の機能MRI法では緩徐な血行動態反応に基づくため、コントラストや感度に限界がある、③MRIの撮像パラメータが未だ最適化されておらず、撮像プロトコルに改善の余地がある、等が考えられる。本研究では、アレン脳科学研究所から公開されているマウスの組織学的なデータベースを活用して、マウスのMRI計測データと比較する事で、本法の神経科学的な裏付けを進めた上で、組織データに最も相関するMRI計測のベストプラクティス（造影コントラスト、測定パラメータ）を探索する。更に、機械学習等を用いた解析を通して、機能MRI信号のみから神経回路（グルタミン酸作動性、モノアミン作動性など）が推定可能な計算理論モデルを開発する事を目的とする。初年度である2019年度は、組織データに最も相関するMRI計測のベストプラクティス（造影コントラスト、測定パラメータなど）を探索する事に重点を置いた。
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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
ガドリニウム造影剤を用いた血管造影法（高分解能の機能MRI法）をマウスに適用して、ヒトにも適用可能な機能MRI法の開発を目指した。具体的に取り組んだ課題は、有効性の高い市販ガドリニウム造影剤の選定、ガドリニウム造影剤の投与プロトコルの確立、血管密度分布に基づくアトラスの作製・解析法の確立、であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
アレン脳科学研究所のホームページからダウンロードした組織データを基に、単シナプス結合に由来する全脳の構造相関マトリックスを作成し、機能MRI法あるいは血管造影MRI法から得た機能相関マトリックスと比較する。組織と相関が高い場合は、単シナプス結合由来の神経投射、低い場合は複数のシナプス結合由来の神経投射と解釈し、単シナプスデータと最も相関する高解像度機能MRI法の最適な計測パラメータを決定する。更にCre発現マウスデータの神経投射マップ（グルタミン酸作動性、モノアミン作動性など）を用いる事で、神経回路別の解析が可能になる。蓄積したマウスのMRIデータ及び関連する神経回路情報を計算理論モデルに組み込み、最終的には機能MRI信号のみから組織情報が推定可能な計算理論モデルを開発する。
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| Causes of Carryover |
（理由）
実験備品の購入を見送ったため残額が余ったが、次年度で同じように実験備品費として使用する。
（次年度の使用計画）
計画では直接経費として1,300,000円を計上している。内訳は、物品費500,000円（加えて前年からの24,897円）、旅費600,000円、その他200,000円である。
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