非侵襲的かつ脳深部へ適応可能な新規刺激法を用いたヒト記憶脳回路の解明

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18267
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 竹田 真己 高知工科大学, 総合研究所, 特任教授 (00418659)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中原 潔 高知工科大学, 情報学群, 教授 (50372363) ; 長谷川 功 新潟大学, 医歯学系, 教授 (60282620) ; 地村 弘二 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (80431766) ; 渡邊 言也 高知工科大学, 総合研究所, 助教 (90637133)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2025-03-31
• Keywords: 記憶 / 脳波 / 超音波 / 電気生理

Outline of Annual Research Achievements

経頭蓋集束超音波刺激を用いて、深部脳活動をコントロールした際の記憶パフォーマンスを検証することで、ヒトにおける記憶脳回路の因果的役割を解明する。（１）脳深部の内因性脳活動の位相にあわせた刺激が可能か、（２）刺激の効果範囲を十分に限定できるか、といった技術的課題をクリアするために、サルを対象に、経頭蓋集束超音波刺激の効果を経頭蓋と頭蓋内の両方の脳活動を同時計測して比較することにより検証する。本年度はヒトを被験者として経頭蓋交流電流刺激を用いた実験を継続し、３０名以上からのデータを収集した。予備的解析は良好であり、記憶固定における睡眠徐派位相依存的な電流刺激効果が認められた。この結果は、本研究の仮説である、刺激効果の周波数位相依存性を示唆するものである。また、サルを用いた経頭蓋集束超音波刺激のシステムの整備を開始した。さらに、ラットを用いた予備的試験も開始し、電流刺激と超音波刺激の刺激特性の比較検討を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒトを対象とした電流刺激実験では、睡眠時徐波活動に対する同位相刺激に比べて逆位相刺激の方が、睡眠後の記憶成績がより低下するという行動学上の効果を確認した。この結果を受けて、神経活動における直腸的な変化を検出する研究を開始した。また、集束超音波刺激システムの選定を行い、2022年度に導入した。サルに適応する前の予備的試験として、ラットを対象とした超音波刺激実験を進めている。

Strategy for Future Research Activity

ヒトを対象とした研究では、交流電流刺激の結果を論文としてまとめる予定である。ラットを用いた超音波刺激の予備実験が終了し次第、サルおよびヒトを対象とした超音波刺激実験を開始する予定である。

Causes of Carryover

サルを対象とした実験でやや遅延があったため、本年度購入予定の物品の購入を次年度に見送った。

Research Products

• [Journal Article] The Stroop effect involves an excitatory?inhibitory fronto-cerebellar loop (2023)
  • Author(s): Okayasu Moe、Inukai Tensei、Tanaka Daiki、Tsumura Kaho、Shintaki Reiko、Takeda Masaki、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 27
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35397-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible Fronto-occipitotemporal Signaling Complements Task Encoding and Switching under Ambiguous Cues (2022)
  • Author(s): Tsumura Kaho、Kosugi Keita、Hattori Yoshiki、Aoki Ryuta、Takeda Masaki、Chikazoe Junichi、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 32 Pages: 1911～1931
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Spatial profile of representation of visual categories revealed by fMRIdeep neural decoding. (2022)
  • Author(s): Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
  • Organizer: OHBM2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep neural decoding in fMRI reveals visual categorical representation in humans. (2022)
  • Author(s): Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
  • Organizer: Neuro2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Individual differences in psychological resilience are revealed by the dynamics of the resting-state functional network driven by an acute stress experience. (2022)
  • Author(s): Watanabe, N., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
  • Organizer: Neuro2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep neural decoding of concurrent fMRI-EEG reveals visual categorical representation in humans. (2022)
  • Author(s): Takeda, M., Miyoshi, K., Jimura, K., Shimane, D., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Watanabe, N.
  • Organizer: JHBI2022
• [Presentation] Spatiotemporal profile of representation of visual categories revealed by concurrent fMRI-EEG deep neural decoding in humans. (2022)
  • Author(s): Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Shimane, D., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research