デフォルトモードネットワークの動作原理と機能解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 18H04957
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 林 拓也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50372115)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: デフォルトモードネットワーク / ドパミン / セロトニン / 安静時脳機能活動

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではデフォルトモードネットワーク(DMN)がどのいった行動や脳機能を担うのか、DMNが他の神経機構とどのように関連しているか、の二つのアプローチで調べることでDMNの成因や機構を明らかにすることを目的とする。初年度は、基盤技術としての安静時脳活動・DMNの測定・解析技術の開発を鋭意すすめた。特にマカクサル脳において安静時脳活動機能的MRIを収集する技術（RF受信コイルの条件設定、撮像シーケンス）ならびにネットワーク解析の技術の最適化と開発をすすめ確立した。撮像シーケンスにはマルチバンドEPIシーケンスを用いて時間解像度0.75秒、空間解像度1.25mmの高い分解能のデータを取得した。空間解像度の決定には、マカクサル脳の皮質厚を計測し半球内の皮質厚分布を基に算出した。また麻酔状態や覚醒状態における脳安静状態のデータ取得を行うための技術も構築し、データ取得を開始した。安静時脳活動MRIデータに最も問題となる、ノイズ除去のための技術を開発し、機械学習の技術を用いて精度高い自動ノイズ分類器とノイズ除去技術を、マカクサル用に構築することができた。さらに臨床的に使用される薬剤を用いて、ドパミン機能やセロトニン機能を修飾した際の安静時脳活動データを取得するために実験をすすめ、今後、ネットワークの複雑性とドパミン機能やセロトニン機能との関連性を明らかにする解析を行うこととした。今後更なる詳細かつ高度な解析を行うことでDMNと神経伝達物質機能との関連性を明らかにすることができると考えている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

データ収集技術や解析技術にはいくつかの問題や課題が生じたが、一つ一つ着実に克服しおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今度解析の高度化と必要に応じて追加データ収集・解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] Does the Diffusion Tensor Model Predict the Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? - Cortical DTI-NODDI (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru、Glasser Matthew F、Murata Katsutoshi、Akasaka Thai、Fujimoto Koji、Yamamoto Takayuki、Autio Joonas A、Okada Tomohisa、Togashi Kaori、Zhang Hui、Van Essen David C、Hayashi Takuya
  • Journal Title: BioRxiv Volume: - Pages: -
  • DOI: doi.org/10.1101/441659
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neurite imaging reveals microstructural variations in human cerebral cortical gray matter (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru、Glasser Matthew F.、Zhang Hui、Autio Joonas A.、Coalson Timothy S.、Okada Tomohisa、Togashi Kaori、Van Essen David C.、Hayashi Takuya
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 182 Pages: 488～499
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.02.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantification of receptor activation by oxytocin and vasopressin in endocytosis-coupled bioluminescence reduction assay using nanoKAZ (2018)
  • Author(s): Kii Isao、Hirahara-Owada Shino、Yamaguchi Masataka、Niwa Takashi、Koike Yuka、Sonamoto Rie、Ito Harumi、Takahashi Kayo、Yokoyama Chihiro、Hayashi Takuya、Hosoya Takamitsu、Watanabe Yasuyoshi
  • Journal Title: Analytical Biochemistry Volume: 549 Pages: 174～183
  • DOI: 10.1016/j.ab.2018.04.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヒト脳の解明のための霊長類脳コネクトーム研究 (2019)
  • Author(s): Hayashi Takuya
  • Organizer: 第21回日本ヒト脳機能マッピング学会
• [Presentation] Towards the Macaque Connectome: 24-Channel 3T Multi-Array Coil, MR Sequences, and HCP-style Preprocessing (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Nishigori Kantaro, Yamaguchi Masataka, Hori Yuki, Yoshida Atsushi, Murata Katsutoshi, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya.
  • Organizer: ISMRM2018
• [Presentation] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
• [Presentation] Development of a 24-Channnel 3T Multi-Array Coil for functional MRI in awake monkeys (2018)
  • Author(s): Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Murata Katsutoshi, Urushibata Yuta , Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
• [Presentation] Translating the Human Connectome Project to Marmoset Imaging (2018)
  • Author(s): Hori Yuki, Autio Joonas, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Yamaguchi Masataka, Kawasaki Akihiro, Takeda Chiho, Yokoyama Chihiro, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
• [Presentation] Resting State Functional CorticoStriatal Connectivity in Parkinsonian Monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Yamaguchi Masataka, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第41回日本神経科学学会
• [Presentation] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys (2018)
  • Author(s): Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Development of a 24-Channel Multi-Array Coil for functional MRI at 3T in awake macaques (2018)
  • Author(s): Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Dopaminergic modulation of functional connectome in anesthetized macaque monkeys (2018)
  • Author(s): Nishigori Kantaro, Ose Takayuki, Ohno Masahiro, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Yoshida Atsushi, Negishi Toru, NAKAZAWA Shunsuke, urushino Naoko, Ichihara Junji, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Translating Human Connectome Project to Marmoset Imaging (2018)
  • Author(s): Hori Yuki, Autio Joonas, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Kawasaki Akihiro, Takeda Chiho, Yokoyama Chihiro, Yamaguchi Masataka, Yoshida Atsushi, Glasser Matthew F, Van Essen David, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] Prediction of Neurite Indices From Diffusion Tensor Imaging in the human cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru, Akasaka Thai, Fujimoto Koji, Yamamoto Takayuki, Okada Tomohisa, Kaori Togashi, Hayashi Takuya
  • Organizer: ISMRM2018
• [Presentation] Does Diffusion Tensor Model Predict Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? ? Cortical DTI-NODDI (2018)
  • Author(s): Fukutomi Hikaru, Murata Katsutoshi, Glasser Matthew F, Akasaka Thai, Fujimoto Koji, Yamamoto Takayuki, Autio Joonas, Okada Tomohisa, Kaori Togashi, Zhang Gary Hui, Van Essen David, Hayashi Takuya
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [Presentation] 霊長類脳コネクトームと病態解明 (2018)
  • Author(s): Hayashi Takuya
  • Organizer: 第9回札幌神経科学研究会
• [Presentation] Age-dependent changes of structure, myelin and neurite in adult human cerebral cortex (2018)
  • Author(s): Sasaki Akihiro, Fukutomi Hikaru, watanabe kyosuke, Morito Yusuke, Tajima Kanako, Ebisu Kyoko, Iwasaki Miho, Mizuno Kei, Hayashi Takuya, Watanabe Yasuyoshi
  • Organizer: 第2回ヒト脳イメージング研究会