2016 Fiscal Year Annual Research Report
Underlying mechanism of verbal communication by phase-resetting of neural oscillations
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25240019
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
水原 啓暁 京都大学, 情報学研究科, 講師 (30392137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北城 圭一 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 副チームリーダー (70302601)
上野 雄文 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (00441668)
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| Project Period (FY) |
2013-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 認知神経科学 / コミュニケーション / 音声知覚 / 神経振動子 / 神経回路 / 脳機能イメージング / 身体性 / 引き込み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトの音声コミュニケーションにおいて，話者の顔を見ることによる神経振動子の位相リセットが音声理解を促進していることを明らかにするため，脳波と機能的MRIの同時計測，TMS刺激時の脳波計測，統合失調症患者のMEG計測を実施することを目的としている．これまでに，構築した音声聴取心理実験課題を用いて頭皮脳波計測を実施するとともに，音知覚おける統合失調症患者のfMRI計測を実施した．
音声聴取の心理実験課題を遂行時の脳波計測においては，音声と映像が同期呈示される場合において，聴取中の脳波が話者の韻律リズムに引き込み同調する結果を得た．さらに，このリズムの特定の位相において，音声の音節リズムと音素リズムに対応する脳波活動が増大することが明らかになった．このことは，話者の顔を見ることにより聴取者の脳波活動が位相リセットされることで，音声コミュニケーションが促進するという我々の仮説を支持するものである．また，韻律リズムに同調する脳波の機能的役割を検証するために，脳波位相による行動実験データへの影響を定量的に検証可能な指標を提案した．このことにより，この韻律リズムに同調する脳波の位相により，音声聴取の成績が変化することが明らかになった．さらに，統合失調症患者を対象として音知覚に関連する課題遂行中のfMRI計測を実施することで，音声聴取課題遂行中の脳波計測により得られたリズム帯域での脳活動が，健常者と比較して異常な状態を示していることを突き止めた．このことは，音声コミュニケーションにおける神経振動子の役割についての我々の仮説を支持する結果である．
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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
当初の予定では，音声聴取の心理実験課題の構築，および頭皮脳波計測を実施した後に，機能的MRIと脳波の同時計測，TMS刺激時の脳波計測，統合失調症患者のMEG計測を実施することを計画している．現在までに，音声聴取の心理実験課題の構築，および頭皮脳波計測は予定通り終了し，音声聴取における神経振動子の役割についてその詳細を検討している．その結果，音声聴取において神経振動子が重要な役割を果たすとする我々の当初の仮説を支持する結果を得ている．また，統合失調症患者を対象としたfMRI計測を実施することにより，統合失調症においては脳波計側において同定した神経振動子の不全が起きていることが明らかになりつつある．これらの成果は既にEBioMedicine誌などの高インパクトの国際論文誌に掲載されるとともに，その他，投稿または投稿準備中であり，当初の予定通りの研究進捗であると評価できる．
また，現在，機能的MRIと脳波の同時計測における最適な撮像条件を検証しており，今年度の前半には計測を実施する計画である．さらに，このデータの新たな解析手法についても検討を開始しており，当初の計画と比較して，さらに深化した研究遂行を実現できていることから，全体として当初の計画通りもしくはそれ以上の研究遂行ができているものと判断できる．
以上のことから，おおむね当初の予定通り計画が進んでいると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
視覚情報により聴覚皮質における神経振動子が位相リセットされることが音声理解を促進する神経基盤であるとの仮説のもと，脳波と機能的MRIの同時計測，TMS刺激時の脳波計測，統合失調症患者のMEG計測を実施する．実験刺激は，プロソディ表現とシラブル，フォニームの提示タイミングを操作した視聴覚刺激であり，ミラーニューロンシステムによる運動予測の交絡効果を排除するため，映像の時間情報による効果のみを抽出可能なものである．脳波と機能的MRIの同時計測においては，MRIの空間解像度の皮質位置でのEEGを再構築可能な手法を用いて，視覚皮質と聴覚皮質の神経振動子の階層カップリングを検証する．TMS刺激時の脳波計測においては，映像の代わりに視覚皮質をTMS刺激することで，聴覚皮質での神経振動子の位相リセットの生成・崩壊過程を検討する．統合失調症患者のMEG計測では，聴覚皮質での位相リセット，および階層カップリングの障害を解析する．
上記の研究を遂行するために，前年度までに音声聴取心理実験課題を用いた脳波計測データに基づいて位相解析および行動実験結果と脳波位相との相互情報量解析を実施した．平成29年度においては，引き続き，音声聴取における脳波位相リセットの機能について，脳波計測データに基づいて検討(主担当：水原)するとともに，音声聴取課題遂行時の脳波と機能的MRIの同時計測により，その脳波成分の発生源を特定(主担当：水原・北城)することで，その詳細を検討する．また，統合失調症患者を対象としたMEG計測データにもとづき，脳波の位相リセット，階層カップリングの障害が機能にもたらす影響を検討(主担当者：水原・上野)するとともに，TMS刺激により脳波位相をシフトさせた場合の機能の変容を検証(主担当：水原・北城)することで，ヒトの音声コミュニケーションにおける脳波位相シフトの役割について解明する．
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Estimated cognitive decline in patients with schizophrenia: A multicenter study.2017
Author(s)
Fujino H, Sumiyoshi C, Yasuda Y, Yamamori H, Fujimoto M, Fukunaga M, Miura K, Takebayashi Y, Okada N, Isomura S, Kawano N, Toyomaki A, Kuga H, Isobe M, Oya K, Okahisa Y, Takaki M, Hashimoto N, Kato M, Onitsuka T, Ueno T, Ohnuma T, Kasai K, Ozaki N, Sumiyoshi T, Imura O, Hashimoto R
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Journal Title
sychiatry Clin Neurosci.
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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