7テスラMRIによる興奮及び抑制性脳ネットワークダイナミクスの計測技術開発

• 研究課題/領域番号: 16H03305
• 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: 脳計測科学
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 福永 雅喜 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 准教授 (40330047)
• 研究分担者: 梅田 雅宏 明治国際医療大学, 医学教育研究センター, 教授 (60223608) ; 下川 哲也 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報工学研究室, 主任研究員 (30335385)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: MRI / ７テスラ / ネットワーク / MRS / ７テスラMRI / fMRI / 安静時脳ネットワーク / 脳機能計測 / 神経伝達物質 / 非侵襲的脳活動計測 / 超高磁場

研究成果の概要

本研究課題では、超高磁場７テスラMR装置の応用により、脳に内在する興奮性・抑制性神経伝達物質の非侵襲的計測法と、動的な脳ネットワーク構造を検出する構造的・ 機能的脳ネットワーク画像計測法の開発をした。従来装置では感度・精度的に困難であった神経代謝物質の単独観測、微細脳構造、機能的・構造的脳ネットワーク構造を、ヒト被験者に対して応用可能な時間内にて計測可能とした。これらの技術を用いて、短時間に起こる動的な脳活動様態変化が期待される系列運動学習課題実行時のヒト脳活動を観察し、興奮性および抑制性神経伝達物質の脳局所濃度と機能的脳ネットワーク動態の関連解析に応用が可能であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題では、超高磁場７テスラMR装置の応用により、従来装置では感度・精度的に困難であった神経代謝物質の単独観測、微細脳構造、機能的・構造的脳ネットワーク構造を、ヒト被験者に対して応用可能な時間内にて計測可能とした。MRIによる脳ネットワーク解析は、その簡便さから、近年、精神疾患への臨床応用が注目されている。これら精神疾患の本態は明らかになっていないものも多く、その病態把握、 補助診断への期待も大きい。本研究の成果は、脳機能イメージングによるネットワーク解析を、精神疾患の病態理解、補助診断応用に加速するものと思われ、臨床応用としても意義のあるものと確信している。

研究成果

• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] NeuroSpin(フランス)
• [国際共同研究] National Institutes for Health/University of Minnesota(米国)
• [国際共同研究] National Health Research Institutes(その他の国・地域（台湾）)
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [国際共同研究] Harvard Medical School/University of Southern California/University of California, Irvine(米国)
• [国際共同研究] Neurospin(フランス)
• [国際共同研究] National Health Research Institutes, TW(その他の国・地域)
• [国際共同研究] University of Minnesota/Washington University(米国)
• [国際共同研究] NeuroSpin(フランス)
• [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [雑誌論文] Dose response of the 16p11.2 distal copy number variant on intracranial volume and basal ganglia. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sonderby IE, (50名中略) Hashimoto R（151名中52番目）, (108名中略) Andreassen OA,
  • 雑誌名: Mol Psychiatry 巻: 25(3) 号: 3 ページ: 584-602
  • DOI: 10.1038/s41380-018-0118-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Differentiation of schizophrenia using structural MRI with consideration of scanner differences: A real-world multi-site study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nemoto K, Shimokawa T, Fukunaga M, Yamashita F, Tamura M, Yamamori H, Yasuda Y, Azechi H, Kudo N, Watanabe Y, Kido M, Takahashi T, Koike S, Okada N, Hirano Y, Onitsuka T, Yamasue H, Suzuki M, Kasai K, Hashimoto R, Arai T.
  • 雑誌名: Psychiatry Clin Neurosci 巻: 74(1) 号: 1 ページ: 56-63
  • DOI: 10.1111/pcn.12934
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Association of Copy Number Variation of the 15q11.2 BP1-BP2 Region With Cortical and Subcortical Morphology and Cognition (2020)
  • 著者名/発表者名: Writing Committee for the ENIGMA-CNV Working Group、van der Meer Dennis、S?nderby Ida E.、Kaufmann Tobias、Walters G. Bragi、...、Fukunaga Masaki、....、Hashimoto Ryota、...、Dale Anders M.、Djurovic Srdjan、Agartz Ingrid、Westlye Lars T.、Stefansson Hreinn、Stefansson K、Thompson Paul M.、Andreassen Ole A.
  • 雑誌名: JAMA Psychiatry 巻: 77 号: 4 ページ: 420-420
  • DOI: 10.1001/jamapsychiatry.2019.3779
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Brain morphological and functional features in cognitive subgroups of Schizophrenia. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuda Y, Okada N, Nemoto K, Fukunaga M, Yamamori H, Ohi K, Koshiyama D, Kudo N, Shiino T, Morita S, Morita K, Azechi H, Fujimoto M, Miura K, Watanabe Y, Kasai K, Hashimoto R.
  • 雑誌名: Psychiatry Clin Neurosci 巻: 74(3) 号: 3 ページ: 191-203
  • DOI: 10.1111/pcn.12963
  • NAID: 120007132757
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of 3T and 7T MRI for the visualization of globus pallidus sub-segments (2019)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Shuki、Fukunaga Masaki、Fautz Hans-Peter、Heidemann Robin、Sadato Norihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 18357-18357
  • DOI: 10.1038/s41598-019-54880-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Eye movement characteristics of schizophrenia and their association with cortical thickness. (2019)
  • 著者名/発表者名: Morita K, Hashimoto R, et al.
  • 雑誌名: Psychiat Clin Neurosci 巻: 73 号: 8 ページ: 508-509
  • DOI: 10.1111/pcn.12865
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An overlapping pattern of cerebral cortical thinning is associated with both positive symptoms and aggression in schizophrenia via the ENIGMA consortium (2019)
  • 著者名/発表者名: Wong Ting Yat、Radua Joaquim、Pomarol-Clotet Edith、Salvador Raymond、...、Hashimoto Ryota、Fukunaga Masaki、...、van Erp Theo G. M.、Gur Ruben C.、Nickl-Jockschat Thomas
  • 雑誌名: Psychological Medicine 巻: 16 号: 12 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1017/s0033291719002149
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] White matter microstructural alterations across four major psychiatric disorders: mega-analysis study in 2937 individuals (2019)
  • 著者名/発表者名: Koshiyama Daisuke、(他38名18番目）Yamamoto Meeri
  • 雑誌名: Molecular Psychiatry 巻: 25 号: 4 ページ: 883-895
  • DOI: 10.1038/s41380-019-0553-7
  • NAID: 120006980539
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 超高磁場MRIによる脳機能イメージング -種間比較をめざして (2019)
  • 著者名/発表者名: 定藤規弘、福永雅喜
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 270 ページ: 685-691
• [雑誌論文] Advances in gradient echo myelin water imaging at 3T and 7T (2019)
  • 著者名/発表者名: Shin Hyeong-Geol、Oh Se-Hong、Fukunaga Masaki、Nam Yoonho、Lee Doohee、Jung Woojin、Jo Minju、Ji Sooyeon、Choi Joon Yul、Lee Jongho
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 188 ページ: 835-844
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.11.040
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reply to: New Meta- and Mega-analyses of Magnetic Resonance Imaging Findings in Schizophrenia: Do They Really Increase Our Knowledge About the Nature of the Disease Process? (2019)
  • 著者名/発表者名: van Erp Theo G.M.、Walton Esther、Hibar Derrek P.、Schmaal Lianne、Jiang Wenhao、Glahn David C.、Pearlson Godfrey D.、Yao Nailin、Fukunaga Masaki、Hashimoto Ryota、Okada Naohiro、Yamamori Hidenaga、et al.
  • 雑誌名: Biological Psychiatry 巻: 85 号: 7 ページ: e35-e39
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2018.10.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of subcortical structures on cognitive and social function in schizophrenia (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshiyama Daisuke、Fukunaga Masaki、Okada Naohiro、Yamashita Fumio、Yamamori Hidenaga、Yasuda Yuka、Fujimoto Michiko、Ohi Kazutaka、Fujino Haruo、Watanabe Yoshiyuki、Kasai Kiyoto、Hashimoto Ryota
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 号: 1 ページ: 1183-1183
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18950-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subcortical association with memory performance in schizophrenia: a structural magnetic resonance imaging study (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshiyama Daisuke、Fukunaga Masaki、Okada Naohiro、Yamashita Fumio、Yamamori Hidenaga、Yasuda Yuka、Fujimoto Michiko、Ohi Kazutaka、Fujino Haruo、Watanabe Yoshiyuki、Kasai Kiyoto、Hashimoto Ryota
  • 雑誌名: Transl Psychiatry 巻: 8 号: 1 ページ: 20-20
  • DOI: 10.1038/s41398-017-0069-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of frontal white matter and corpus callosum on social function in schizophrenia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshiyama D, Fukunaga M, Okada N, Morita K, Nemoto K, Yamashita F, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Kelly S, Jahanshad N, Kudo N, Azechi H, Watanabe Y, Donohoe G, Thompson PM, Kasai K, Hashimoto R.
  • 雑誌名: Schizophr Res 巻: 202 ページ: 180-187
  • DOI: 10.1016/j.schres.2018.07.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cortical Brain Abnormalities in 4474 Individuals With Schizophrenia and 5098 Control Subjects via the Enhancing Neuro Imaging Genetics Through Meta Analysis (ENIGMA) Consortium. (2018)
  • 著者名/発表者名: van Erp TGM, Walton E, Hibar DP, Schmaal L, Jiang W, Glahn DC, Pearlson GD, Yao N, Fukunaga M, Hashimoto R,(178名中10番目), et al.
  • 雑誌名: Biol Psychiatry 巻: 84(9) 号: 9 ページ: 644-654
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2018.04.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ヒト脳研究におけるMRIの意義 -7TMRIの展望を含めて (2018)
  • 著者名/発表者名: 定藤 規弘・福永 雅喜
  • 雑誌名: Bio Clinica 巻: 33 ページ: 1226-1230
• [学会発表] Brain Microstructure and Function using Ultra High Field MRI (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukunaga
  • 学会等名: The 10th BRI International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 7テスラMRIが切り拓く脳可視化研究最前線 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜
  • 学会等名: 第６０回日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Brain microstructure and function using ultra high field MRI (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukunaga
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] 超高磁場MRIによる脳機能画像研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 7TMRIを用いたヒト淡蒼球内部構造の描出: 3T MRIとの比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山修紀、福永雅喜、定藤規弘
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 7T-MR装置を用いたCSIによる脳の代謝物計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅田雅宏、福永雅喜、定藤規弘、渡辺康晴、河合裕子、村瀬智一、樋口敏宏
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Origins of phase contrast in white matter (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukunaga, Jeff Duyn
  • 学会等名: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON MRI PHASE CONTRAST & QUANTITATIVE SUSCEPTIBILITY MAPPING
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Separating positive and negative susceptibility sources in QSM (2019)
  • 著者名/発表者名: Hyeong-Geol Shin, Jingu Lee, Masaki Fukunaga, Yoonho Nam, Se-Hong Oh, Jongho Lee
  • 学会等名: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON MRI PHASE CONTRAST & QUANTITATIVE SUSCEPTIBILITY MAPPING
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of Subdivision of Globus Pallidus Segments Using 7T MRI: Comparison with 3T (2019)
  • 著者名/発表者名: Maruyama S, Fukunaga M, Sadato N,
  • 学会等名: ISMRM Workshop on Ultrahigh Field Magnetic Resonance: Technological Advances, Translational Research Promises & Clinical Applications
  • 国際学会
• [学会発表] A model free, sparse acquisition approach Sindex to investigate brain tissue microstructure from diffusion MRI data in the human brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Le Bihan D, Yamamoto T, Fukunaga M, Okada T, Sadato N
  • 学会等名: ISMRM 27th Annual Meeting & Exhibition.
  • 国際学会
• [学会発表] MRI による意図共有に関わる神経機構の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜、定藤規弘
  • 学会等名: 第21回日本ヒト脳機能マッピング学会
  • 招待講演
• [学会発表] A Sequence for High Quality Gradient Echo Myelin Water Imaging (GRE-MWI) at 3T and 7T (2018)
  • 著者名/発表者名: Hyeong-Geol Shin, Se-Hong Oh, Masaki Fukunaga, Doohee Lee, Yoonho Nam, Sooyeon Ji, Woojin Jung, Jongho Lee
  • 学会等名: Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of magnetic susceptibility source separation: multiple sclerosis lesions and line of Gennari. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jingu Lee, Taehyun Hwang, Yoonho Nam, Jinhee Jang, Woojun Kim, Se-Hong Oh, Masaki Fukunaga, Jongho Lee
  • 学会等名: Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Detection of BOLD Response in the Limbic System to Non-invasive Stimulation of Autonomic Nervous System with SMS at 7T (2018)
  • 著者名/発表者名: Tie-Qiang Li, Yanlu Wang, Masaki Fukunaga
  • 学会等名: Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB 2018
  • 国際学会
• [学会発表] The relationship between digit areas and myelin distribution in human primary somatosensory cortex (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho Sugawara, Masaki Fukunaga, Tetsuya Yamamoto, Yuki Hamano, Mathew Glasser, Norihiro Sadato
  • 学会等名: OHBM 2018 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Myelin distribution reflects digit representations in human S1: a 7T-MRI study (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho K. Sugawara, Masaki Fukunaga, Matthew F. Glasser, Tetsuya Yamamoto, Yuki H. Hamano, Norihiro Sadato
  • 学会等名: Brain Connects 2018.
  • 国際学会
• [学会発表] 安静時fMRIを用いた脳卒中回復期の functional connectivity(第2報) (2018)
  • 著者名/発表者名: 惠飛須 俊彦、福永 雅喜、村瀬 智一、梅田 雅宏
  • 学会等名: 第55回日本リハビリテーション医学会学術集会
• [学会発表] Motor engram is encoded in dormant neuronal network (2018)
  • 著者名/発表者名: Sho K. Sugawara, Masaki Fukunaga, Yuki H. Hamano, Takaaki Yoshimoto, Norihiro Sadato
  • 学会等名: FENS 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 麻酔下サル安静時fMRIの再現性検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 當山 峰道、福永 雅喜、山口 玲欧奈、山本 哲也、定藤 規弘、伊佐 正
  • 学会等名: 第41回日本神経科学会大会
• [学会発表] 双極性障害患者の皮質下脳体積とリチウム、抗精神病薬投与の関係の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本直樹、越山太輔、岡田直大、成田尚、福永雅喜、山本真江里、香月あすか、嶋田貴充 、柴崎千代、佐藤仁哉 、原田健一郎、大井一高、山森英長、鬼塚俊明、伊藤陽一、岡本泰昌、松尾 幸治、吉村玲児、笠井清登、尾崎紀夫、久住一郎、橋本亮太、COCORO
  • 学会等名: 第15回日本うつ病学会総会
• [学会発表] 感覚運動野における手指領域とミエリン密度分布の関連性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅原 翔、福永雅喜、Matthew F. Glasser、山本哲也、濱野友希、定藤規弘
  • 学会等名: 第12回 Motor Control 研究会
• [学会発表] 超高磁場7テスラMRI装置を用いた個人脳計測における皮質下微細構造の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山修紀、菅原翔、福永雅喜、定藤規弘
  • 学会等名: 第12回 Motor Control 研究会
• [学会発表] 統合失調症の皮質下体積と認知・社会機能の相関解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 越山太輔、福永雅喜、岡田直大、山下典生、山森英長、安田由華、藤本美智子、大井一高、藤野陽生、渡邉嘉之、笠井清登、橋本亮太
  • 学会等名: 第40回日本生物学的精神医学会
• [学会発表] ヒトの追跡眼球運動に関わる脳領域と高髄鞘化領域の各個人における相同性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本哲也、三浦健一郎、福永雅喜、定藤規弘
  • 学会等名: 第46回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Motor engram is encoded in dormmant neuronal network (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugawara SK, Fukunaga M, Hamano YH, Yoshimoto T, Sadato N
  • 学会等名: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] Neural correlates with temporal pediction during auditory-motor synchronization (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyata K, Yamamoto T, Koike T, Sugawara SK, Fukunaga M, Sadato N
  • 学会等名: 第2回ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] Resting State fMRI Analysis of Anesthetized Monkey Brain (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukunaga, Takamichi Tohyama, Reona Yamaguchi, Tetsuya Yamamoto, Masatoshi Yoshida, Tadashi Isa, Norihiro Sadato
  • 学会等名: CIN-NIPS Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 統合失調症におけるネットワーク障害:グラフ理論による解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西隆、根本清貴、山下典生、山森英長、安田由華、藤本美智子、工藤紀子、畦地裕統、渡邊嘉之、福永雅喜、橋本亮太
  • 学会等名: 28回日本臨床精神神経薬理学会
• [学会発表] 統合失調症における白質繊維障害:新しい解析手法local connectometryの応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西隆、根本清貴、山下典生、山森英長、安田由華、藤本美智子、工藤紀子、畦地裕統、渡邊嘉之、福永雅喜、橋本亮太
  • 学会等名: 28回日本臨床精神神経薬理学会
• [学会発表] Glucose Tolerance Test in the Human Brain: 1H MRS study at 7 Tesla (2017)
  • 著者名/発表者名: Lana Kaiser
  • 学会等名: ISMRM 25th Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] 超高磁場MRIによる脳機能理解 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜
  • 学会等名: 第１回ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] The basics of functional MRI fMRIの基礎 -撮像から解析まで- (2017)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜
  • 学会等名: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] HCPパイプラインの7TfMRIにおける有用性の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本哲也
  • 学会等名: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 個人の体性感覚野における指表象の描出：7T-fMRI研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原翔
  • 学会等名: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Brain Microstructure and Function Using Ultra High Field MRI (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukunaga
  • 学会等名: ABiS International Symposium: MRI and Cohort Studies: Development of Imaging Science in Human Biology
  • 国際学会
• [学会発表] 7テスラ超高磁場ＭＲＩによるブレインイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 福永雅喜
  • 学会等名: 名古屋大学脳とこころの研究センター 第2回拡大ワークショップ
• [学会発表] Digit representations in individual primary somatosensory cortex: 7T-fMRI study (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho K. Sugawara
  • 学会等名: 2017 Minnesota Workshop on High and Ultra-High Field Imaging and Training Courses
  • 国際学会
• [学会発表] Individual digit representations in primary somatosensory cortex: 7T-fMRI study (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho K. Sugawara
  • 学会等名: The 7th NIPS/CIN Joint Symposium
  • 国際学会