乳幼児における個性の創発

• Project Area: Integrative research toward elucidation of generative brain systems for individuality
• Project/Area Number: 16H06525
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 保前 文高 東京都立大学, 人文科学研究科, 准教授 (20533417)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 多賀 厳太郎 東京大学, 大学院教育学研究科(教育学部), 教授 (00272477) ; 渡辺 はま 東京大学, 大学院教育学研究科(教育学部), 特任准教授 (00512120)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥64,220,000 (Direct Cost: ¥49,400,000、Indirect Cost: ¥14,820,000); Fiscal Year 2020: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2019: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2018: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2017: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2016: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 発達脳科学 / 乳幼児 / 個性 / 身体運動 / 言語獲得

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、乳幼児期における脳の構造と機能、行動と意識を包括的に捉えて、個人の持つ固有性がどのように現れて発達するのかを検討し、神経活動と身体運動における動的秩序生成の多様性に基づいて「個性」の発現と発達を記述する枠組みを構築することを目的としている。
脳の構造について、NIMH Data Archiveを参照し、ヒトにおいて左右大脳半球を結ぶ最大の交連線維束である脳梁の乳児期における形態変化を定量的に解析した。生後6か月の時点で発達の方向性が決まっている可能性について明らかにし、さらに、脳梁の幅を定義する新しい方法を開発して、論文改訂の準備を進めている。また、同じデータセットのMRI構造画像を用いてミエリン化の指標（Glasser and Van Essen, 2011）を計算し、発達に伴う個人内の変化を検討した。この指標について左右半球間の非対称性を計算し、言語獲得の指標であるMacArthur-Batesの質問紙調査における理解語数・発話語数の関係を調べることで、脳の構造発達と言語獲得の関係性について検討を進めた。その結果、11から13か月において理解・発話語数の増加数によって脳の発達パターンに違いがあることが示唆された。
身体運動に関しては、個体を特定できるような身体の形態情報の集合を「個性」の操作的な定義とし、乳児の自発運動の個性を明らかにするための新たな解析手法を開発した。計測で得られた時系列データから、それを生成する力学系を個人ごとに再構成し、結合力学系の時間発展のシミュレーションを行い、時系列の同期の有無から個体識別を行なった。その結果、8割以上の乳児の自発運動が個体に特有であるという結果を得た。この動的状態の個性検出法は、様々な系での個性の検討に有効であると期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成31年度は、乳幼児の脳の構造と自発運動に含まれる「個性」に関する検討を進めて、予定通りの進捗であった。MRIのT1強調画像とT2強調画像を用いてミエリン化の指標を計算し、発達的変化を捉える検討を進めた。T1 から T2 への線形レジストレーションを行った上で T1/T2 比を算出し、この値をミエリン化の指標として使用した。BrainGPSでT1構造画像に対して解剖ラベルを施し、289 解剖領域のうち大脳皮質に相当する 72 領域を抽出するとともに、T1/T2 比を正規化した。この結果、11から25か月齢の間では、T1/T2 比が月齢とともに増加する傾向が全脳で認められた。また、感覚野、運動野、及び、それらの連合野に関しては、12か月齢前後の時点からT1/T2比が高いことが明らかになった。ミエリン化と言語獲得の関連を調べるために、言語獲得の指標として対象児のMacArthur-Batesの質問紙調査に対して回答された理解語数と発話語数を用いて、正規化したミエリン化指標に関する左右半球間の非対称性指標を算出するとともにクラスター分析を行った。11から13か月齢で理解・発話語数とミエリン化の非対称性との間に関連性があることが示唆された一方で、局所的に大きくミエリン化が異なる領域は少なく、言語獲得においてはアセンブリとして複数の領域が関与する可能性が考えられる。また、乳児の運動、脳の機能計測、単語の獲得に関する質問紙調査も進めるとともに、成人において、発話や言語処理、音声知覚に関する研究を行い、結果をまとめている。
得られた成果を国際学会OHBM2019や日本認知科学会等で発表するとともに、次世代脳シンポジウム2019において「共創言語進化」と合同で開催した公開シンポジウムで指定討論者として結果の一部を報告し、また、コミュニケーションを中心として「個性」について意見を交換した。

Strategy for Future Research Activity

2020年度は、乳幼児・小児のMRI脳画像データベースを利用した解析から、脳の左右半球を繋ぐ脳梁の発達、灰白質と白質、皮質下灰白質のミエリン化について結果をまとめる。ミエリン化の指標を、単語の獲得の程度を測る「マッカーサー乳幼児言語発達質問紙」の調査結果と照らし合わせて、脳の発達と語彙発達との関係を検討する。ミエリン化を反映すると考えられる特徴量を他のデータベースにも適用して、特に周産期の脳の形成について研究を進める。
また、脳機能ネットワークにおける個人の特徴の抽出を引き続き行う。多チャンネルの近赤外光脳機能計測装置（NIRS）を用いて安静睡眠時の脳の自発活動を計測し、自発活動と特に音声に対する機能的な活動による違いを含めて、解析を進める。また、上記の質問紙調査の日本語版を用いて脳の機能発達と語彙発達の関係を検討する。
身体運動についても、継続して検討する。昨年度で運動の特徴から個人の同定が可能であることが明らかになったことを発展させて、動的状態の個性検出法を拡張し、乳児が自発的な環境探索によって随意的な行動が誘発される課題を行なっているときの学習過程の個性を抽出することを試みる。また、活動の履歴を再生成する力学系と現在の状態との同期を検出する機構は、発達過程における自己同一性の確立機構のモデルにもなると考えられるため、脳活動データを用いた検討やシミュレーションを行う。また、運動を音に変換する可聴化技術を用いて、乳児における自己効力感や意図の発生についての検討を行う。
単語の獲得に現れる個性については、個人ごとに複数回行っている質問紙調査をさらに進めるとともに、結果を再解析して単語数の増加の特徴を捉える。成人を対象にした研究も進めており、得られた成果をまとめて、特に発達の視点から「個性」の創発について総括する。

Research Products

• [Journal Article] Wearable strain sensor suit for infants to dissociate infant-caregiver movements (2020)
  • Author(s): Fujii, S., Watanabe, H. & Taga, G.
  • Journal Title: Infant Behavior & Development Volume: 58 Pages: 101418-101418
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of overt speech on lexical-semantic processes during picture naming (2019)
  • Author(s): Park, E. & Homae, F.
  • Journal Title: 2019年度日本認知科学会第36回大会発表予稿集 Volume: 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between Medical Interview Sheet Assessments at 18 Months and 3 Years of Age and Development at 6 Years of Age in Very Low Birth Weight Infants (2019)
  • Author(s): 儀間裕貴，黒宮寛之，渡辺はま，中村友彦，多賀厳太郎
  • Journal Title: Physical Therapy Japan Volume: 46 Issue: 2 Pages: 90-98
  • DOI: 10.15063/rigaku.11504
  • NAID: 130007635259
  • ISSN: 0289-3770, 2189-602X
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 発達脳科学からみる新生児のコミュニケーション (2019)
  • Author(s): 多賀厳太郎
  • Journal Title: 周産期医学 Volume: 49 Pages: 1573-1576
• [Journal Article] Evaluation of fidgety movements of infants based on Gestalt perception reflects differences in limb movement trajectory curvature. (2019)
  • Author(s): Gima, H., Shimatani, K., Nakano, H., Watanabe, H., & Taga, G
  • Journal Title: Physical Therapy Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヒトの発達における自発性と主体性 (2018)
  • Author(s): 多賀厳太郎
  • Journal Title: 発達 Volume: 155 Pages: 35-41
• [Journal Article] Explicit performance in girls and implicit processing in boys: A simultaneous fNIRS-ERP study on second language syntactic learning in young adolescents. (2018)
  • Author(s): Sugiura L, Hata M, Matsuba Kurita H, Uga M, Tsuzuki D, Dan I, Hagiwara H and Homae
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 12 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fnhum.2018.00062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 自己の芽吹きを支える身体運動 (2016)
  • Author(s): 渡辺はま
  • Journal Title: 発達 Volume: 148 Pages: 47-52
• [Presentation] 言語獲得初期に現れる脳の個性 (2019)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2019
• [Presentation] 乳幼児期における皮質発達特性と言語獲得過程の縦断的解析 (2019)
  • Author(s): 續木大介, 多賀厳太郎, 渡辺はま, 保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2019
• [Presentation] Effect of overt speech on lexical-semantic processes during picture naming (2019)
  • Author(s): Park, E. & Homae, F.
  • Organizer: 2019年度日本認知科学会第36回大会
• [Presentation] Cortical and subcortical development in the first two years of life (2019)
  • Author(s): Tsuzuki, D., Taga, G., Watanabe, H., & Homae, F.
  • Organizer: 20th TMIMS International Symposium “Principles of Neocortical Development and Evolution”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of white matter under the middle temporal gyrus in individual infant brain (2019)
  • Author(s): Homae, F., Tsuzuki, D., Watanabe, H., & Taga, G.
  • Organizer: The organization for human brain mapping 2019 annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Longitudinal myelination profiles in infant and toddler brains (2019)
  • Author(s): Tsuzuki, D., Taga, G., Watanabe, H., & Homae, F.
  • Organizer: The organization for human brain mapping 2019 annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乳児の音遊び行動と心拍変動：自発的な四肢運動の聴覚フィードバックによる検討 (2019)
  • Author(s): 新屋裕太, 奥絢介, 藤井進也, 多賀厳太郎, 渡辺はま
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第19回学術集会
• [Presentation] 乳児における臥位から座位への起き上がり動作分析(第2報):複数観察者によるテキストマイニング (2019)
  • Author(s): 中野尚子, 藤澤祐基, 渡辺はま, 多賀厳太郎
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第19回学術集会
• [Presentation] Covariation of spontaneous movements and vocalizations in early infant crying: investigating the role of autonomic state (2019)
  • Author(s): Shinya, Y., Watanabe, H. & Taga, G.
  • Organizer: 52nd Annual Meeting of the International Society for Developmental Psychobiology (ISDP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Change of Limb Movements in Response to Auditory Feedback with Virtual Drum-Kit Device in Three-Months-Old Infants (2019)
  • Author(s): Oku, H., Shinya, Y., Watanabe, H., Taga, G., & Fujii, S.
  • Organizer: 10th Budapest CEU Conference on Cognitive Development
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ことばが繋ぐ多様な脳 (2018)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 日本学術会議主催学術フォーラム「乳幼児の多様性に迫る: 発達保育実践政策学の躍動」
  • Invited
• [Presentation] Dynamics of functional networks in the developing brain. (2018)
  • Author(s): Homae, F.
  • Organizer: fNIRS2018, biennial meeting of the Society for fNIRS
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 乳幼児期における皮質発達の縦断的解析 (2018)
  • Author(s): 續木大介, 多賀厳太郎, 渡辺はま, 保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2018
• [Presentation] 絵画呼称時の発話に至る時系列に関する検討 (2018)
  • Author(s): Park Eunbi, 保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2018
• [Presentation] Statistical verification of the common oscillatory behaviors in oxy-Hb and deoxy-Hb time series (2018)
  • Author(s): 松田孟留, 保前文高, 渡辺はま, 多賀厳太郎, 駒木文保
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2018
• [Presentation] Statistical verification of the common oscillatory behaviors in oxy-Hb and deoxy-Hb time series. (2018)
  • Author(s): Matsuda, T., Homae, F., Watanabe, H., Taga, G., & Komaki, F.
  • Organizer: fNIRS2018, biennial meeting of the Society for fNIRS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Statistical verification of the common oscillatory behaviors in oxy-Hb and deoxy-Hb time series. (2018)
  • Author(s): Matsuda, T., Homae, F., Watanabe, H., Taga, G., & Komaki, F.
  • Organizer: The first international symposium “Towards Understanding INDIVIDUALITY”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The shape of human corpus callosum during infancy is determined by participant-dependent and time-dependent factors. (2018)
  • Author(s): Tsuzuki, D., Taga, G., Watanabe, H., & Homae, F.
  • Organizer: The first international symposium “Towards Understanding INDIVIDUALITY”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 個人ごとのコミュニケーション発達 (2018)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第18回学術集会
• [Presentation] 乳幼児の脳梁の形態に宿る個性: 赤ちゃんの脳梁発達特性に形態学的アプローチを用いて迫る (2018)
  • Author(s): 續木大介, 多賀厳太郎, 渡辺はま, 保前文高
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第18回学術集会
• [Presentation] 乳児の自発運動の個性 (2018)
  • Author(s): 多賀厳太郎, 渡辺はま
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第18回学術集会
• [Presentation] 身体運動可聴化技術を用いた乳児の音遊び行動とその生理的特性 (2018)
  • Author(s): 新屋裕太, 奥絢介, 藤井進也, 多賀厳太郎, 渡辺はま
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第18回学術集会
• [Presentation] 成人用エアドラムデバイスを用いた乳児身体運動の可聴化及び楽譜化への取り組み (2018)
  • Author(s): 奥絢介, 新屋裕太, 渡辺はま, 多賀厳太郎, 藤井進也
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第18回学術集会
• [Presentation] Statistical shape analysis of developmental changes in the corpus callosum during infancy. (2018)
  • Author(s): Tsuzuki, D., Taga, G., Watanabe, H., & Homae, F.
  • Organizer: The organization for human brain mapping 2018 annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乳児がもつ個人性の探求 (2017)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2017
• [Presentation] 個性が象る脳梁・時間が育む脳梁 (2017)
  • Author(s): 續木大介、多賀厳太郞、渡辺はま、保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2017
• [Presentation] 絵画呼称時の発話に至る時系列に関する検討 (2017)
  • Author(s): Park Eunbi、保前文高
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2017
• [Presentation] 脳の形態形成に現れる乳幼児の個性 (2017)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 日本社会心理学会第58回大会
  • Invited
• [Presentation] 新生児・乳児を対象としたfNIRS計測 (2017)
  • Author(s): 渡辺はま
  • Organizer: 日本心理学会第81回大会
• [Presentation] General principle and individual difference in dynamics of early development of human brain and behavior（脳と行動の初期発達のダイナミクスにおける一般法則と個性） (2017)
  • Author(s): Gentaro Taga、Hama Watanabe、Fumitaka Homae
  • Organizer: 第27回 日本神経回路学会全国大会
  • Invited
• [Presentation] 発達脳における機能的クラスタリング (2017)
  • Author(s): 保前文高、渡辺はま、多賀厳太郞
  • Organizer: 第20回日本光脳機能イメージング学会学術集会
• [Presentation] 発達期における脳と言語－普遍性と固有性の共存 (2017)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 日本言語学会第154回大会
  • Invited
• [Presentation] 光計測により可視化する発達脳の機能的ネットワーク (2016)
  • Author(s): 保前文高
  • Organizer: 日本光脳機能イメージング学会第19回大会
  • Invited
• [Presentation] The characteristics of the cortical functional networks in individual infants (2016)
  • Author(s): Fumitaka Homae、Hama Watanabe、Gentaro Taga
  • Organizer: The Society for functional Near Infrared Spectroscopy 2016 Biennial Meeting
• [Book] こどもの音声 (2019)
  • Author(s): 保前文高（分担執筆）
  • Total Pages: 254
  • Publisher: コロナ社
• [Book] あらゆる学問は保育につながる：発達保育実践政策学の挑戦 (2016)
  • Author(s): 多賀厳太郎（分担執筆）
  • Total Pages: 408
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 9784130513333
• [Remarks] 首都大学東京 人文科学研究科 言語科学教室 言語発達脳科学研究室
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/homae/homae_lab/Home.html