2014 Fiscal Year Annual Research Report
ヒト脳の形態形成から行動生成に至る発達のダイナミクス
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26220004
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
多賀 厳太郎 東京大学, 教育学研究科(研究院), 教授 (00272477)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 重人 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80432384)
藤本 仰一 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60334306)
佐藤 譲 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (30342794)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 発達 / 生命情報 / 複雑系 / 脳 / 胎児 / 乳児 / 形態形成 / 睡眠 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトの胚子・胎児から新生児・乳児に至る脳の構造と機能の発達について、イメージング・行動・理論モデルの研究を推進するとともに、それらを統合した新たな枠組みを作るための基盤作りを行った。具体的には、以下のような取り組みを行い、成果を得た。
(1) 胎児標本のMRI構造画像・拡散テンソル画像の撮像を行い、白質線維の発達過程の可視化を目指した検討を行った。胚子・胎児のMRI構造画像より、脳形態形成、特に脳溝の形成に着目した解析を進めた。
(2) 睡眠中の乳児においてNIRSを用いて計測した脳血液動態のデータ解析を行ったところ、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの変動の位相差が、新生児と３ヶ月児の間で同位相から逆位相へと顕著な変化を示すことを発見した。さらに、NICUで治療が必要な早産児を対象とした計測を行い、同様な位相差の変化があることを見いだした。病的児を対象とした計測も実施した。
(3) 乳児のNIRSによる刺激応答や機能的ネットワークの計測では、成人に比べて頭部表面の血液動態の影響が少ないことを明らかにした。また、生後２～３ヶ月児を対象とし、睡眠時の脳の自発活動にともなう脳血液動態を広範な脳領域をカバーする94チャンネルNIRSで計測するとともに、脳波を同時に取得した。その結果、静睡眠では脳領域間で非同期、動睡眠では同期した変動パターンが見られることがわかった。これは、乳児における睡眠状態に応じた脳の機能的ネットワークの顕著な動的変化を初めて明らかにした点で、重要な発見である。
(4) 脳の構造および機能発達の理論構築を目指し、新生児期の脳の構造・機能イメージングデータに対応付けが可能な神経場モデルの構築を進めた。また、胎児期の皮質の折り畳みの理解のため、細胞の増殖と組織の弾性を考慮した座屈のモデルについて検討を行った。
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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
本研究は、ヒトの脳の発達に関して、(1) 胚子・胎児、(2) 新生児・病的児、(3) 乳児、(4) 理論モデルの４つの領域にまたがる課題を含んでいるが、それぞれの領域を主な専門とする研究代表者および研究分担者・連携研究者が、これまでの実績や専門性を発展させた形で本研究課題に取り組むことで、すでにいくつかの重要な成果を得ている。また、研究代表者らは、研究分担者や連携研究者とのさらに密な協力体制を構築するために、双方にとって新規な対象・方法論・考え方を習得しながら、時間をかけた議論を繰り返し、今後の研究において、新たな枠組みを構築して推進するための基盤作りに取り組んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的達成のためには、(1) 胚子・胎児、(2) 新生児・病的児、(3) 乳児、(4) 理論モデルの４領域の研究を推進するとともに、異なる専門性を持つ研究分担者や連携研究者とのより密な協力体制を構築し、領域をまたぐ研究を実施することが重要である。具体的には、以下のように研究を進める。
(1) 胚子・胎児標本のMRI画像、DTI画像、CT画像、組織切片等を用いて、脳および頭部の３次元形状の発達を明らかにするためのデータを蓄積し、幾何形状の解析を進める。脳構造の発達を動的な変化と捉え、乳児における脳の機能的活動の発現へと至る機構を含め、包括的な理解をめざす。
(2) 睡眠中の脳の血液動態について、早産児と満期産児とを比較し、在胎週数と出生後週数のどちらに依存して発達が進行するのかを明らかにする。早産児の脳の機能的発達を胎児の脳の構造発達と関連づける。また、心疾患児等での脳血液動態や機能的ネットワークの発達を明らかにする。さらに、脳の機能的発達を分子レベルのバイオマーカーと関連づける。
(3) 睡眠中の乳児に聴覚刺激を与えた時の応答について、一般線形化モデルによる振幅応答と、位相反応曲線による位相応答について精査し、睡眠中の脳の外界との相互作用の様式を明らかにする。さらに、睡眠中の聴覚刺激に対する学習にともなう機能的ネットワークの変化を明らかにする。乳児期の行動発現と学習の脳内機構を解明する。
(4) 胎児期から新生児期にかけての発達段階に応じた白質線維による長距離結合を神経場モデルに導入し、自発活動および刺激誘発活動の時空間パターンを調べ、実データとの比較を行い、機能的活動の発達の機構を探る。また、遺伝子発現に関連する反応拡散系と、成長し座屈する脳組織の力学系とを相互作用させたモデルの構築を進める。さらに、神経場と成長・変形する脳組織のハイブリッドモデルを構築し、脳の構造と機能の発達機構に迫る。
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[Presentation] NIRS20252014
Author(s)
多賀厳太郎
Organizer
第１７回日本光脳機能イメージング学会学術集会
Place of Presentation
星稜会館 (東京都千代田区)
Year and Date
2014-07-26
Invited
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