2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of Anesthesia Pharmacology Network by Brain Activity MRI
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20H03630
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
畑 純一 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (00568868)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮部 貴子 京都大学, 霊長類研究所, 助教 (10437288)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 安静時脳機能MRI / 超高磁場MRI / 麻酔 / コモンマーモセット / パルスシーケンス / 脳機能ネットワーク / グラフ理論 / 意識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
麻酔・鎮静薬はこの意識を強制的に奪う。これまで多彩な麻酔・鎮静薬が開発され、細胞レベルでの作用機序は明らかにされているが、未だいかにして「無意識」を創出するのか詳細は不明である。この理由として脳内ネットワークに対する作用が未解明であることが挙げられる。これに対し本研究では脳機能イメージングとして脳活動の状況を計測することが可能である安静時脳機能MRI法(resting state - functional Magnetic Resonance Imaging; rs-fMRI) 法を用いることで、作用機序の異なる麻酔・鎮静薬による脳領域間の活動ネットワークを全脳領域間にて解析し、いかにして「無意識」を創出するのかを解明する。またヒトでは使用可能な薬剤に限りがあるため、薬物動態や脳機能がヒトと類似している非ヒト霊長類コモンマーモセットを対象とすることで解明を目指す。
当研究課題では、(1)超高磁場MRIによるrsfMRI実験、(2)麻酔薬を用いた実験、(3) ネットワーク解析の３段構成で研究を進めることで麻酔薬の影響を見出していく。これまで(1) 超高磁場MRIによるrsfMRI実験として、超高磁場MRIによる研究環境を当施設に実装完了と多チャンネルコイルの開発を達成した。また、(2)麻酔薬を用いた実験として、動物処置や頭蓋骨の手術手技を確立させた。(3)開発した覚醒下での実験環境に合わせてコモンマーモセットの脳活動計測を試みた。本年度は、得られた実験データと解析環境を用いて麻酔薬理に関する、脳活動自体の変化を評価し、その知見をまとめることで、麻酔による脳活動の知見を公開した。
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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
当研究課題では、(1)超高磁場MRIによるrsfMRI実験、(2)麻酔薬を用いた実験、(3) ネットワーク解析の３段構成で研究を進めることで麻酔薬の影響を見出していくこれまで、 (1) 超高磁場MRIによるrsfMRI実験として、超高磁場MRIによる研究環境を当施設に実装完了と多チャンネルコイルの開発を達成した。また、(2a)麻酔薬を用いた実験として、動物処置や頭蓋骨の手術手技を確立させた。(2b)開発環境・技術基盤をもとに、これまでに開発した覚醒下での実験環境に合わせて高感度な信号受信を可能とする多チャンネル表面コイルの調整行うことでコモンマーモセットの脳活動計測を試みた。本年度は、得られた安静時の脳活動データ、そして、動物実験にてよく用いられるイソフルランをはじめとし、プロポフォール、メデトミジン、アルファキサンなどの各種麻酔薬を用いた際の脳活動データを取得した。脳活動解析の結果、安静時において脳活動が最も活発であることを実験的に証明し、脳領域ごとに各種麻酔薬が安静時と比べてどのように変化するかを見出した。
本年度は実験、解析、データ公開と、順調に進み本年度予定していた研究段階を計画通り進めることができた。よって、順調と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
麻酔・鎮静薬はこの意識を強制的に奪う。これまで多彩な麻酔・鎮静薬が開発され、細胞レベルでの作用機序は明らかにされているが、未だいかにして「無意識」を創出するのか詳細は不明である。この理由として脳内ネットワークに対する作用が未解明であることが挙げられる。これに対し本研究では脳機能イメージングとして脳活動の状況を計測することが可能である安静時脳機能MRI法(resting state - functional Magnetic Resonance Imaging; rs-fMRI) 法を用いることで、作用機序の異なる麻酔・鎮静薬による脳領域間の活動ネットワークを全脳領域間にて解析し、いかにして「無意識」を創出するのかを解明する。またヒトでは使用可能な薬剤に限りがあるため、薬物動態や脳機能がヒトと類似している非ヒト霊長類コモンマーモセットを対象とすることで解明を目指す。
当研究課題では、(1)超高磁場MRIによるrsfMRI実験、(2)麻酔薬を用いた実験、(3) ネットワーク解析の３段構成で研究を進めることで麻酔薬の影響を見出していく。昨年度までに、安静時、各種麻酔薬を用いた際におけるresting state fMRIを実施し、数例のコモンマーモセットを対象とし実験データを得ることができた。このMRIデータを解析することで、脳領域ごとの各種麻酔薬による活動量の差異を見いだした。次年度は、ネットワーク解析の導入、そして実験個体数の増加を計画し、安静時と麻酔下での脳活動をネットワークレベルで比較検証するこことで本課題の目的達成を目指す。
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[Presentation] How does midazolam affect resting-state networks in common marmosets? An investigation using a 9.4 T magnetic resonance imaging system.2022
Author(s)
Kanako Muta, Junichi Hata, Yawara Haga, Daisuke Yoshimaru, Kei Hagiya, Takaaki Kaneko, Takako Miyabe-Nishiwaki, Yuji Komaki, Fumiko Seki, Hirotaka James Okano, and Hideyuki Okano
Organizer
Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT 31st Annual Meeting, 07-12 May 2022, London, England, UK, No. 3617
Int'l Joint Research
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[Presentation] Highly reliability resting-state networks in common marmoset brains.2022
Author(s)
Yawara Haga, Junichi Hata, Takaaki Kaneko, Kei Hagiya, Yuji Komaki, Fumiko Seki, Daisuke Yoshimaru, Kanako Muta, Noriyuki Kishi, Takako Shirakawa, and Hideyuki Okano
Organizer
Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT 31st Annual Meeting, 07-12 May 2022, London, England, UK, No.3616
Int'l Joint Research
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[Presentation] Detection of cranial nerve degeneration in a transgenic Parkinson’s disease model marmoset using multi-contrast mechanism MRI2022
Author(s)
Junichi Hata, Reona Kobayashi, Yawara Haga, Mai Mizumura, Hinako Oshiro, Kanako Muta, Naoya Hayashi, Daisuke Yoshimaru, Kei Hagiya, Hirotaka James Okano, and Hideyuki Okano
Organizer
Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT 31st Annual Meeting, 07-12 May 2022, London, England, UK, No. 4642
Int'l Joint Research
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[Presentation] Characteristics of three factors that influence the diffusion signal with PGSTE and OGSE2022
Author(s)
Hinako Oshiro, Junichi Hata, Daisuke Nakashima, Yawara Haga, Naoya Hayashi, Daisuke Yoshimaru, Kei Hagiya, and Hideyuki Okano
Organizer
Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB & ISMRT 31st Annual Meeting, 07-12 May 2022, London, England, UK, No. 4748
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evaluation of the usefulness of propofol anesthesia in measuring the resting brain function in common marmosets.2022
Author(s)
Kanako Muta, Junichi Hata, Naoki Kawaguchi, Yawara Haga, Daisuke Yoshimaru, Kei Hagiya, Takaaki Kaneko, Takako Miyabe-Nishiwaki, Yuji Komaki, Fumiko Seki, Hiritaka James Okano, Hideyuki Okano
Organizer
第50回日本磁気共鳴医学会大会, 2022.09.09-11, OS15-4, 名古屋
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[Presentation] Variation of diffusion coefficients with the applied waveforms of OGSE2022
Author(s)
Hinako Oshiro, Junichi Hata, Daisuke Nakashima, Rintaro Oshiro, Naoya Hayashi, Yawara Haga, Daisuke Yoshimaru, Hideyuki Okano
Organizer
第50回日本磁気共鳴医学会大会, 2022.09.09-11, PP06-5, 名古屋
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[Presentation] The structure networks in the non-human primate brains2022
Author(s)
Yawara Haga, Junichi Hata, Daisuke Yoshimaru, Kei Hagiya, Hinako Oshiro, Kanako Muta, Noriyuki Kishi, Hideyuki Okano
Organizer
第50回日本磁気共鳴医学会大会, 2022.09.09-11, PP14-2, 名古屋
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[Presentation] Effects of Feeding Stress on Funcitional Brain Networks in Mice2022
Author(s)
Karen Kurokawa, Junichi Hata, Mitsuki Rikitake, Sachiko Notake, Ken Ito, Hinako Oshiro, Yawara Haga, Daisuke Yoshimaru, Hirotaka James Okano
Organizer
第50回日本磁気共鳴医学会大会, 2022.09.09-11, DP01-5, 名古屋
