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エキスパートスキルの形成を支える神経可塑性メカニズムの統合的解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H03306
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
研究機関国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター

研究代表者

花川 隆  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, 部長 (30359830)

研究分担者 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)
研究協力者 堀 祐樹  
菅井 智昭  
上原 一将  
北 佳保里  
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
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2016年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワード学習 / 神経可塑性 / 神経イメージング / MRI / PET / TMS / 磁気共鳴画像 / 経頭蓋磁気刺激 / 小脳 / 大脳基底核 / 脳イメージング / コネクトーム / plasticity / neuroimaging / 神経画像 / 可塑性
研究成果の概要

ヒトの非侵襲イメージング技術の発達により、学習による脳灰白質容積の増加や白質構築の変化など、メカニズムの明らかでないマクロ神経可塑性の存在が明らかになってきた。本研究は、MRIやTMSなどヒトでの非侵襲計測を使って運動学習、音楽や言語など様々なエキスパートの脳の特徴と学習による脳機能・構築の変化を明らかにしつつ、ラットにも学習前後のイメージングを行なって細胞・分子神経科学研究につなげることを目的として計画した。ヒトやラットの大脳基底核や小脳にスキルやスキル学習を支える動機付けに関わる部位を発見した。また、ラット小脳におけるマクロ神経可塑性の実験系を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトとラットを対象として、マクロ神経可塑性計測を手法として使い、運動学習、音楽や言語など様々なエキスパートの脳の特徴と学習による脳機能構築の変化を明らかにしてきた。特に、マクロ神経可塑性計測はイメージング研究の進歩から生まれた新しい概念であるが、細胞・分子神経科学技術を応用しやすいラットでの再現と実験系の開発は、新しい学術分野の創生につながる成果である。研究の進展により、マクロ神経可塑性の背景にある神経生物学的メカニズムが明らかになれば、学習障害の克服や認知症対策など、大きな社会的インパクトを有する研究が視野に入る。

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 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 8件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 13件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Washington University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Neuroanatomical Basis of Individuality in Muscle Tuning Function: Neural Correlates of Muscle Tuning2019

    • 著者名/発表者名
      Kahori Kita,Rieko Osu,Chihiro Hosoda,Manabu Honda,Takashi Hanakawa,Jun Izawa
    • 雑誌名

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      巻: 13:28 ページ: 00028-00028

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2019.00028

    • NAID

      120007127915

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ventral striatum links motivational and motor networks during operant-conditioned movement in rats2019

    • 著者名/発表者名
      Hori Yuki、Ihara Naoki、Sugai Chiaki、Ogura Jun、Honda Manabu、Kato Koichi、Isomura Yoshikazu、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 184 ページ: 943-953

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2018.10.018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distinct roles of brain activity and somatotopic representation in pathophysiology of focal dystonia2018

    • 著者名/発表者名
      Uehara Kazumasa、Furuya Shinichi、Numazawa Hidemi、Kita Kahori、Sakamoto Takashi、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Human Brain Mapping

      巻: 40 号: 6 ページ: 1738-1749

    • DOI

      10.1002/hbm.24486

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resting-state basal ganglia network codes a motor musical skill and its disruption From dystonia2018

    • 著者名/発表者名
      Kita Kahori、Rokicki Jaroslav、Furuya Shinichi、Sakamoto Takashi、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Movement Disorders

      巻: 33 号: 9 ページ: 1472-1480

    • DOI

      10.1002/mds.27448

    • 関連する報告書
      2018 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] Editorial: Challenging the Functional Connectivity Disruption in Neurodegenerative Diseases: New Therapeutic Perspectives Through Non-invasive Neuromodulation and Cutting-Edge Technologies2018

    • 著者名/発表者名
      Zito Giancarlo、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 12 ページ: 554-554

    • DOI

      10.3389/fnins.2018.00554

    • 関連する報告書
      2018 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] 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] Quantification of receptor activation by oxytocin and vasopressin in endocytosis-coupled bioluminescence reduction assay using nanoKAZ.2018

    • 著者名/発表者名
      Kii I, Hirahara-Owada S, Yamaguchi M, Niwa T, Koike Y, Sonamoto R, Ito H, Takahashi K, Yokoyama C, Hayashi T, Hosoya T, Watanabe Y.
    • 雑誌名

      Anal Biochem

      巻: 549 ページ: 174-183

    • DOI

      10.1016/j.ab.2018.04.001

    • 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
  • [雑誌論文] Aberrant cortical excitability reflects the loss of hand dexterity in musician's dystonia2018

    • 著者名/発表者名
      Furuya Shinichi、Uehara Kazumasa、Sakamoto Takashi、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      The Journal of Physiology

      巻: in press 号: 12 ページ: 2397-2411

    • DOI

      10.1113/jp275813

    • 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] Resting-state basal ganglia connectivity codes a motor musical skill and its disruption due to a disease process2018

    • 著者名/発表者名
      Kita K, Rokicki J, Furuya S, Sakamoto T, Hanakawa T
    • 雑誌名

      Mov Disord

      巻: in press

    • 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
  • [雑誌論文] A common function of basal ganglia-cortical circuits subserving speed in both motor and cognitive domains2017

    • 著者名/発表者名
      T Hanakawa, AM Goldfine, M Hallett
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 4 号: 6 ページ: 0200-17

    • DOI

      10.1523/eneuro.0200-17.2017

    • 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] 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] Clinical utility of resting-state functional connectivity magnetic resonance imaging for mood and cognitive disorders: a review2017

    • 著者名/発表者名
      Takamura T, Hanakawa T
    • 雑誌名

      J Neural Transm

      巻: - 号: 7 ページ: 821-839

    • DOI

      10.1007/s00702-017-1710-2

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Decoding of covert vowel articulation using electroencephalography cortical currents2016

    • 著者名/発表者名
      Natsue Yoshimura, Atsushi Nishimoto, Abdelkader Nasreddine Belkacem, Duk Shin, Hiroyuki Kambara, Takashi Hanakawa, Yasuharu Koike
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 10 ページ: 1-15

    • DOI

      10.3389/fnins.2016.00175

    • 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 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular, Functional, and Structural Imaging of Major Depressive Disorder.2016

    • 著者名/発表者名
      Zhang, K., Zhu, Y., Zhu, Y., Wu, S., Liu, H., Zhang, W., Xu, C., Zhang, H., Hayashi, T., and Tian, M.
    • 雑誌名

      Neurosci. bull.

      巻: 32 号: 3 ページ: 273-285

    • DOI

      10.1007/s12264-016-0030-0

    • 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] 1.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] 2.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] 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] Resting State Functional CorticoStriatal Connectivity in Parkinsonian Monkeys2018

    • 著者名/発表者名
      Autio Joonas, Ose Takayuki, Nishigori Kantaro, Tanki Nobuyoshi, Yamaguchi Masataka, 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] 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] Hunt for Imaging Biomarkers in Parkinson's disease and Related Disorders2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hanakawa
    • 学会等名
      3rd International Forum on Motor control and Parkinson’s disease
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Simultaneous TMS-fMRI to address neuroscientific problems-Mechanisms of cortico-spinal excitability modulation by motor imagery-2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hanakawa
    • 学会等名
      The 1st International Workshop for Static Magnetic Stimulation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [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] マルチモーダル同時神経イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 学会等名
      第47回日本臨床神経生理学会総会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動物・ヒトイメージングによる神経可塑性研究2017

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 学会等名
      第一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] Loss of musical skill in musician’s dystonia through disruption of resting-state basal ganglia connectivity2017

    • 著者名/発表者名
      Kita K, Rokicki J, Furuya S, Sakamoto, Hanakawa T
    • 学会等名
      World Congress of Neurology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A ‘grayordinate’ pipeline for magnetic resonance imaging of marmoset brain2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hayashi, Matthew F Glasser, Chihiro Yokoyama, Takayuki Ose, Chiho Takeda, Akihiro Kawasaki, Joonas Autio, Van Essen David A
    • 学会等名
      Neuroscience 2016
    • 発表場所
      San Diego Convention Center
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resting state brain connectivity in musician’s dystonia2016

    • 著者名/発表者名
      2.Kita K, Rokicki J, Furuya S, Li LM, Matsuda H, Sakamoto T, Hanakawa T
    • 学会等名
      Neuroscience 2016
    • 発表場所
      San Diego Convention Center
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳内機能的統合研究の現状2016

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 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
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [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
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 運動異常の理解と制御の試み2016

    • 著者名/発表者名
      花川 隆
    • 学会等名
      日本大脳基底核研究会
    • 発表場所
      さとみ温泉,秋田
    • 年月日
      2016-07-23
    • 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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