拍動循環と脳機能・脳疾患の関連性：全脳摘出標本によるアプローチ
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19K22990
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
高島 一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (90357351)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 利一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (60356772)
冨永 貴志 徳島文理大学, 神経科学研究所, 教授 (20344046)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 脳機能 / 血液循環 / 血液脳関門 / 心拍 |
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| Outline of Research at the Start |
「拍動する血液循環は脳にとって必要か否か？」本研究課題は、動物から取り出した“全脳摘出標本と人工血液循環装置”を利用し、以下、３つの問に対する答えを探求する。
（１）拍動流周期のどのタイミングで脳活動を惹起しても 脳の応答は不変か？ あるいは、拍動する血液循環が脳の応答に何らかの影響を与えるか？
（２）脳活動のゆらぎの一因として、拍動する血液循環の関与があるかどうか？
（３）拍動する脳血流は、脳細胞の生存にとって有利なのか不利なのか？
脳実質への拍動流効果についての知見は乏しく、人工心臓の研究開発分野、脳血管性の病態発現機構や創薬の研究分野に対し、有益な情報を提供することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、拍動する血液循環が脳機能をモジュレートするという仮説の検証を目指す。動物から取り出した全脳摘出標本と人工血液循環装置を利用し、摘出脳を拍動循環で維持しながら、拍動流周期の様々なタイミングで、摘出脳に電気刺激を与えて神経活動を惹起し、神経活動の生起や応答伝播に何らかの違いが生じるかどうかを解析する。脳活動のゆらぎと拍動流リズムの関係性にも着目し、拍動流は脳での物質代謝に有利な循環か、逆に、血液脳関門へのダメージを蓄積する循環か、について検証を行い、脳実質への拍動流効果に関して新しい知見を得ることを目的とする。実験では、動物から脳血管系を保存したまま全脳を摘出し、椎骨動脈よりカニュレーションを行い、チェンバー内で人工血液を脳灌流する。昨年度までに、定常流を拍動流に置き換える実験系の構築を行い、実際の内頚動脈血流波形に近い尖頭状の拍動流波形を再現した上で、約５時間にわたり拍動流で全脳の生存を維持できる実験系を確立した。そこで本年度は、神経ネットワークの構成がシンプルで神経応答の解釈が比較的容易な梨状皮質を対象とし、拍動の様々な位相で入力神経線維束に電気刺激を与え、皮質の神経細胞集団の応答を局所電場電位記録法で計測した。入力神経線維束への単発刺激やペアド刺激に対する、単シナプス性応答と多シナプス性応答を解析したところ、拍動位相に依存して、多シナプス性応答の波形が変化する現象が見られた。ペアド刺激に対する応答変化から、拍動血流は特に脳の抑制系ネットワークの機能に影響を与えている可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
拍動血流により全脳標本を維持する実験系の構築に成功し、最初の実験的ハードルはクリアできた。そこで本年度は本実験系を土台に、拍動血流と脳神経活動の関係に迫る実験を計画し、年度当初に行った実験では、感覚入力に対する大脳皮質の応答波形が拍動位相に依存して変化する現象を見出した。しかしながら、実験セットを構築した研究分担者の大学キャンパスへの移動や入講制限などコロナ禍による不測の事態により、年度途中からの実験は予定通りには進められていない。次年度の研究を加速的に進めるべく、データ解析を進めて積み残した課題を整理している。
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| Strategy for Future Research Activity |
全脳標本で、拍動流位相に依存して変化する神経応答記録の実験を行い、データの蓄積を進める。しかし現時点ではまだ、実験セットを構築した研究分担者の実験設備が制限なく使用できるか不透明であるため、研究計画に追加の実験項目を設定し、本研究課題の解決に向けた別のアプローチも並行して進める。全脳標本に加えインビボ脳標本を利用し、全脳標本と同様に拍動位相に同期させた感覚刺激を与えて皮質応答を記録する実験を行い、両脳標本から得られた結果を統合解析する計画である。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
