2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21H00967
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
菅原 翔 公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (80723428)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福永 雅喜 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 准教授 (40330047)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 意欲 / 中脳 / 運動 / Realtime fMRI / 自発的制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、「自発的な意欲は腹側中脳の自発的な活動水準として表現され、準備活動を高めることで身体運動を促進できる」との仮説を立証するために、(1)腹側中脳の自発活動水準が後の運動出力へ影響することを因果的に示し、(2)情動的なイメージを用いた自発的な腹側中脳の活動水準操作により、高揚感とともに運動出力を自己制御できることを明らかにする。
2022年度は３テスラ装置でのfMRIニューロフィードバックにより、中帯状皮質前部の自発的活動促進が運動出力へ与える効果を検証した。中帯状皮質前部の活動量をRealtime fMRIによって視覚的にフィードバックすることで、ランダム信号をフィードバックする場合に比べて、中帯状皮質前部が有意に強く賦活することを示した。このfMRIニューロフィードバックの前後で、イメージしてから把持動作を行う運動課題を実行した。情動イメージによって運動出力は向上するという以前の成果を再現することには成功したが、fMRIニューロフィードバックによって運動成果がさらに促進されることはなかった。この成果は、中帯状皮質前部は意欲と直後の運動出力の両方と関連するものの、運動出力促進の直接的基盤ではない可能性を示唆している。よって、同じように意欲と直後の運動出力と関連する腹側中脳が、運動出力促進のソースである可能性が高いと考えている。
３テスラ装置と７テスラ装置のいずれにおいても腹側中脳を標的とするRealtime fMRI環境を確立することができた。
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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
2021年度に明らかにした情動イメージによる運動出力促進について、その神経基盤を明らかにするとともに、促進効果の更なる向上を意図してfMRIニューロフィードバック実験を実施した。これまでの実験を通じて情動的イメージによって、腹側中脳と中帯状皮質前部の両方が賦活し、後の運動出力とも関連することが明らかになった。中帯状皮質前部は体積が大きく、脳深部の腹側中脳に比べてfMRI計測が容易である。また、中帯状皮質前部への電気刺激によって目標志向的行動が誘発されるという知見も報告されている。これらの点を考慮し、３テスラ装置でのRealtime fMRIの標的を中帯状皮質前部とし、fMRIニューロフィードバックを用いた自発的活動促進が運動出力へ与える効果を検証した。中帯状皮質前部の活動量をRealtime fMRIによって視覚的にフィードバックすることで、ランダム信号をフィードバックする場合に比べて、中帯状皮質前部が有意に強く賦活することを示した。ニューロフィードバックが運動出力へ与える影響を評価するため、イメージしてから把持動作を行う運動課題をニューロフィードバックの前後に実施した。しかし、情動イメージによって運動出力は向上するという以前の成果を再現することには成功したものの、fMRIニューロフィードバックによって運動成果がさらに促進されることはなかった。本実験の成果として、fMRIニューロフィードバックによって局所脳活動を自己制御することに成功し、中帯状皮質前部は意欲による運動出力促進の本質的ソースではないことが明らかになった。
これまで遅れていた７テスラ装置でのRealtime fMRI環境を構築することができ、３テスラと７テスラの両方の装置で腹側中脳を標的とするRealtime fMRIが実現可能となっている。これらの状況を鑑み、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
７テスラ装置でのRealtime fMRI構築に目処がついたため、次年度は７テスラ装置を用いたRealtime fMRI計測を推進する。具体的には、腹側中脳の活動水準が直後の運動出力を決定するという因果関係を立証するため、Realtime fMRIによって計測した活動水準をベースに運動課題を実行するClosed-loop実験を行う。運動を実行させる直前の腹側中脳活動の高低に応じて、発揮される運動出力の良し悪しが決まると予想する。
同時に、３テスラ装置では腹側中脳を標的としたfMRIニューロフィードバック実験を実施する。中帯状皮質前部の賦活上昇では運動出力促進は認められなかったため、腹側中脳の自発的活動上昇が運動出力促進の本質的ソースであるという仮説を検証する。
また、これまでに得たイメージを介した腹側中脳活動の自己制御に関わる研究成果について国内外の学会で発表を行い、国際学術誌へ投稿する予定である。
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