2023 Fiscal Year Annual Research Report
Non-invasive microneurography: Reconstruction of peripheral sympathetic nerve activity using an arterial mechanics model
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22H00197
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
辻 敏夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (90179995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古居 彬 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (30868237)
濱 聖司 広島大学, 医系科学研究科(医), 研究員 (40397980)
笹岡 貴史 広島大学, 脳・こころ・感性科学研究センター, 准教授 (60367456)
岡田 芳幸 広島大学, 病院(歯), 教授 (70566661)
曽 智 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (80724351)
岩瀬 敏 愛知医科大学, 愛知医科大学, 客員教授 (90184879)
吉野 敦雄 広島大学, 保健管理センター, 准教授 (90633727)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 末梢交感神経活動 / 末梢血管剛性 / マイクロニューログラフィ / 非侵襲計測 / 確率モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，世界で初めて非侵襲かつ簡便に末梢交感神経活動を計測可能な手法について提案する．まず，(1) 研究代表者が独自に開発した末梢血管力学特性の非侵襲計測法と生体電気信号の分散分布確率モデルに基づく新たな数理モデルを構築し，末梢血管剛性から交感神経電気活動を復元する新理論「非侵襲マイクロニューログラフィ法」を確立する．次にこの手法を用いて，(2) 磁気共鳴機能画像法（fMRI）による脳活動と末梢交感神経活動の同時計測を行い，疼痛刺激に対する因果ネットワークを同定する．そして，(3) 自律神経機能の計測・評価が困難とされている脳卒中患者を対象とした自律神経検査法を新たに開発する．
2023年度は，筋交感神経活動（MSNA）の分散分布確率モデルの構築と検証を行うため， Cold pressure testプロトコルにより末梢交感神経活動を賦活させる実験を行い，MSNAと末梢血管剛性を同時計測した．これらのデータにより，本研究で提案している生体電気信号の分散分布確率モデルのパラメータが推定できるようになった．
また，fMRI環境下で予期不安と疼痛刺激に対する脳と末梢血管剛性の応答を計測した．具体的には，3種類の視覚的な予期キュー（低刺激予期，ランダム強度刺激予期，強刺激予期）とこれに続く2段階の疼痛刺激の組合せをランダムな順で被験者に提示し，脳活動を撮像するとともに連続血圧と指尖容積脈波を計測し末梢血管剛性を推定した．脳活動を解析した結果，痛み関連脳領域は疼痛予期時と疼痛刺激時の両方で賦活していたのに対し，末梢血管剛性は疼痛刺激時に特異的に応答することが明らかになった．また，時系列解析の結果，末梢血管剛性は痛み関連脳領域の賦活から約1秒遅れて応答することが示された．これらの結果は，中枢から末梢交感神経へのトップダウン的な神経支配を示唆しており，疼痛評価に対する末梢血管剛性指標の有用性を裏付けている．
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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
当初計画において，2023年度は(1) MSNAと末梢血管剛性同時計測実験，(2) 疼痛刺激に対する脳活動と末梢交感神経活動の同時計測とデータベース構築，(3) 脳活動と末梢交感神経活動の関係解析を予定していた．(1)に関しては，Cold pressure testプロトコルを用いたMSNAと末梢交感神経活動の同時計測実験を実施しており，当初計画の通りデータ収集は順調に進んでいる．(2)と(3)に関しては，疼痛予期をともなう疼痛刺激実験を行い，fMRIによる脳活動と末梢血管剛性を計測し，これらの応答を解析するとともに，脳と末梢血管剛性の応答時間差を明らかにした．以上より，本研究課題はおおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きMSNAと末梢血管剛性同時計測実験を行い，得られたデータに基づいて生体電気信号の分散分布確率モデルのパラメータを推定し，末梢血管剛性から交感神経電気活動を復元する新理論「非侵襲マイクロニューログラフィ法」の確立を目指す．そして，疼痛刺激に対する脳活動と末梢交感神経活動の同時計測データを用い，中枢と末梢のネットワーク解析と因果解析を行うことにより，非侵襲マイクロニューログラフィ法の有用性を脳科学的な観点から裏付けていく．
さらに，上記計画で開発されたコア技術を社会実装するため，自律神経機能の計測・評価が困難とされている脳卒中患者を対象とした新たな自律神経検査法の開発を進める．まず，一般的な自律神経機能評価法であるヘッドアップチルト(HUT)試験の低負担化を目指す． HUT試験では，患者が固定されているチルトベッドを60度に傾けることで人為的に起立性低血圧を誘発し，末梢交感神経による血圧調整能力を評価する．この標準プロトコルは脳卒中患者に対して過大な負荷を与えるため，失神にいたる危険性が高い．そこで，本研究課題ではより小さな傾斜角度で自律神経活動が評価可能な微小角度HUT試験プロトコルを新たに策定する．そして，脳卒中患者に対して提案プロトコルを実施し，末梢血管剛性を用いた自律神経機能評価の有効性を検証していく予定である．
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