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脳損傷後機能可塑性と脳構造・連絡性の時空間ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 16H03300
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 基盤・社会脳科学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

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)

研究分担者 山本 竜也  つくば国際大学, 医療保健学部, 助教 (60724812)
合瀬 恭幸  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, 専門技術員 (70519404)
伊佐 正  京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
研究協力者 肥後 範行  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード可塑性 / 拡散MRI / 連絡性 / 神経突起 / 神経連絡性 / 拡散強調MRI画像 / 安静時機能的MRI画像 / 神経トレーサー / MRI / 拡散強調 / 安静時脳活動 / 脳コネクトーム / 拡散強調画像 / 機能回復 / コネクトーム / 拡散トラクトグラフィー / 脳損傷 / ネットワーク / 安静時MRI
研究成果の概要

本研究課題では、パーキンソン病や脳卒中のように脳の特定のシステムや部位の障害が起きた場合にどのような脳の活動が行動の障害やその後の回復を引き起こすかという「脳損傷・可塑性の機構」の問いに答えるため、非侵襲MRI画像技術により脳の機能・構造・連絡性の動態を調べた。MRI撮像や解析の高精度化を進め、霊長類動物モデルにおいて変化を見出しマクロレベルの脳内連絡性の変化を可視化した。実験終了後には光学顕微鏡によりミクロレベルの神経突起の変化も可視化した。これらの結果から、脳全域にわたり機能性・構造連絡性の変化がダイナミックに生じることが明らかになり従来知られていない可塑性の神経機構の一端を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は、これまでに十分解明されていない霊長類脳の可塑性機構についてマクロスケールからミクロスケールにわたり全脳検索に挑戦した結果得られたものであり、従来考えられた以上に独特かつ複雑なパターンで可塑性が生じていることが明らかになった。非侵襲画像技術の高精度技術の開発も進んだことで、本技術を近い将来に臨床現場へ拡張することも可能であり脳疾患の病態把握や診断に寄与することが期待される。また本成果はリハビリなどの神経可塑性を促進する治療メカニズムの理解や新しい治療法の開発につながると考えらえる。今後はさらに画像技術を高精度化し可塑性機構のうちの各連絡網の因果的役割を明らかにしていくことが期待される。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 オープンアクセス 5件、 査読あり 4件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 9件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] セントルイス・ワシントン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ロンドン大学(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ワシントン大学セントルイス(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Does the Diffusion Tensor Model Predict the Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? ? Cortical DTI-NODDI2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Fukutomi, Matthew F. Glasser, Katsutoshi Murata, Thai Akasaka, Koji Fujimoto, Takayuki Yamamoto, Joonas A. Autio, Tomohisa Okada, Kaori Togashi, Hui Zhang, David C. Van Essen, Takuya Hayashi
    • 雑誌名

      biorxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/441659

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Neurite imaging reveals microstructural variations in human cerebral cortical gray matter2018

    • 著者名/発表者名
      Fukutomi, H., Glasser, M.F., Zhang, H., Autio, J.A., Coalson, T.S., Okada, T., Togashi, K., Van Essen, D.C., and Hayashi, T.
    • 雑誌名

      Neuroimage

      巻: in press ページ: 488-499

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2018.02.017

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson’s disease model2017

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Tetsuhiro、Morizane Asuka、Doi Daisuke、Magotani Hiroaki、Onoe Hirotaka、Hayashi Takuya、Mizuma Hiroshi、Takara Sayuki、Takahashi Ryosuke、Inoue Haruhisa、Morita Satoshi、Yamamoto Michio、Okita Keisuke、Nakagawa Masato、Parmar Malin、Takahashi Jun
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 548 号: 7669 ページ: 592-596

    • DOI

      10.1038/nature23664

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] MHC matching improves engraftment of iPSC-derived neurons in non-human primates.2017

    • 著者名/発表者名
      Morizane A, Kikuchi T, Hayashi T, Mizuma H, Takara S, Doi H, Mawatari A, Glasser MF, Shiina T, Ishigaki H, Itoh Y, Okita K, Yamasaki E, Doi D, Onoe H, Ogasawara K, Yamanaka S, Takahashi J.
    • 雑誌名

      Nat Commun

      巻: 8 号: 1 ページ: 385-385

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00926-5

    • NAID

      120006365783

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Functional, and Structural Imaging of Major Depressive Disorder2016

    • 著者名/発表者名
      Zhang Kai, Zhu Yunqi, Zhu Yuankai, Wu Shuang, Liu Hao, Zhang Wei, Xu Caiyun, Zhang Hong, Hayashi Takuya, Tian Mei
    • 雑誌名

      Neuroscience bulletin

      巻: 32(3) ページ: 273-85

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ヒト脳の解明のための霊長類脳コネクトーム研究2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第21回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Towards the Macaque Connectome: 24-Channel 3T Multi-Array Coil, MR Sequences, and HCP-style Preprocessing2018

    • 著者名/発表者名
      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.
    • 学会等名
      ISMRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      ISMRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a 24-Channnel 3T Multi-Array Coil for functional MRI in awake monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Murata Katsutoshi, Urushibata Yuta , Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      ISMRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Translating the Human Connectome Project to Marmoset Imaging2018

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      ISMRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resting State Functional CorticoStriatal Connectivity in Parkinsonian Monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Autio Joonas, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Yamaguchi Masataka, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第41回日本神経科学学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Resting state functional corticostriatal connectivity in Parkinsonian monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Takahashi Jun, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of a 24-Channel Multi-Array Coil for functional MRI at 3T in awake macaques2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Atsushi, Hori Yuki, Nishigori Kantaro, Ohno Masahiro, Kawabata Yoshihiko, Urushibata Yuta , Murata Katsutoshi, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Glasser Matthew F, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Dopaminergic modulation of functional connectome in anesthetized macaque monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Nishigori Kantaro, Ose Takayuki, Ohno Masahiro, Yamaguchi Masataka, Autio Joonas, Yoshida Atsushi, Negishi Toru, NAKAZAWA Shunsuke, urushino Naoko, Ichihara Junji, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Translating Human Connectome Project to Marmoset Imaging2018

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Prediction of Neurite Indices From Diffusion Tensor Imaging in the human cerebral cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Fukutomi Hikaru, Akasaka Thai, Fujimoto Koji, Yamamoto Takayuki, Okada Tomohisa, Kaori Togashi, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      ISMRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Does Diffusion Tensor Model Predict Neurite Distribution of Cerebral Cortical Gray Matter? ? Cortical DTI-NODDI2018

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 霊長類脳コネクトームと病態解明2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Takuya
    • 学会等名
      第9回札幌神経科学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Age-dependent changes of structure, myelin and neurite in adult human cerebral cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Akihiro, Fukutomi Hikaru, watanabe kyosuke, Morito Yusuke, Tajima Kanako, Ebisu Kyoko, Iwasaki Miho, Mizuno Kei, Hayashi Takuya, Watanabe Yasuyoshi
    • 学会等名
      第2回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 霊長類脳コネクトーム2018

    • 著者名/発表者名
      林 拓也
    • 学会等名
      第20回ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain Connectome in Primates.2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hayashi
    • 学会等名
      International Symposium of Marmoset Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Challenges of Brain Connectome in Primates2017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hayashi
    • 学会等名
      ABiS international symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヒト・霊長類動物脳コネクトームとパイプライン2017

    • 著者名/発表者名
      林 拓也
    • 学会等名
      第1回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Plastic resting-state network changes in MPTP-treated monkeys2016

    • 著者名/発表者名
      Autio Joonas, Tanki Nobuyoshi, Ose Takayuki, Takahashi Jun, Hayashi Takuya
    • 学会等名
      Neuroscience 2016(Society for Neuroscience, SfN)
    • 発表場所
      San Diego Convention Center, San Diego, United States
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MRI・PET を用いた大脳皮質可塑性の視覚化2016

    • 著者名/発表者名
      林 拓也
    • 学会等名
      第46回日本臨床神経生理学会
    • 発表場所
      ホテルハマツ, 郡山
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Understanding of brain plasticity by resolving neural conenctivity dynamics using diffusion MRI2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Takuya
    • 学会等名
      計測自動制御学会 ライフエンジニアリング部門シンポジウム
    • 発表場所
      大阪国際交流センター, 大阪
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Preclinical perspectives on the mechanism of aberrant brain network and dopamine dysfunction2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Takuya, Autio Joonas
    • 学会等名
      国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター脳病態統合イメージングセンター5 周年記念国際シンポジウム
    • 発表場所
      国立精神・神経医療研究センター
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子コネクトームによる脳可塑性の可視化2016

    • 著者名/発表者名
      林 拓也
    • 学会等名
      東北大学通研共同プロジェクト研究会
    • 発表場所
      東北大学 電気通信研究所
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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