食欲調節に関わるヒト視床下部－大脳皮質神経回路のfMRI・TMSによる検証

• 研究課題/領域番号: 18K07348
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分51010:基盤脳科学関連
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 長田 貴宏 順天堂大学, 医学部, 准教授 (00456104)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 機能的磁気共鳴画像法（fMRI） / 視床下部 / 大脳皮質 / 皮質下領域 / 経頭蓋磁気刺激法（TMS） / fMRI / 機能的磁気共鳴画像法 / ネットワーク / 機能的領域分割 / 前頭葉 / 機能的結合性 / TMS / 経頭蓋磁気刺激法 / 食欲調節 / 自律神経

研究成果の概要

本研究は、食欲調節に関わる視床下部－大脳皮質神経ネットワークの解明を目的とした。高空間分解能機能的磁気共鳴画像法（fMRI）によりヒト視床下部核を個人レベルで同定し、核それぞれとネットワークを形成している大脳皮質領域を同定した。また、視床下部の乳頭体と海馬や被蓋核や視床前核などの皮質下領域との間の神経ネットワークについてfMRIにより同定した。さらに、fMRIにより同定された脳領域・ネットワークに対して介入をすることで因果性を調べるために、実行機能、特に反応抑制機能の大脳ネットワークに対し、経頭蓋磁気刺激（TMS）により頭頂連合野の頭頂間溝領域の関与を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、fMRIおよび介入手法により、(1) 視床下部でのそれぞれの核が形成している視床下部－大脳皮質ネットワーク、(2) 乳頭体－皮質下領域の神経ネットワーク、(3) 反応抑制に関わる大脳ネットワークおよび頭頂葉領域の因果性を明らかにした。これらは、自律神経系ネットワークや高次脳領域から相互作用の作動原理など、ヒト固有に存在する神経機構の解明につながると考えられる。また、介入手法による因果性の検証手法はさまざまな高次認知機能を支える脳ネットワークの解明へと広げられる。さらに、これらの成果は、脳機能脳障害の診断や治療法の確立につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Network centrality reveals dissociable brain activity during response inhibition in human right ventral part of inferior frontal cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Uta Fujimoto, Akitoshi Ogawa, Takahiro Osada, Masaki Tanaka, Akimitsu Suda, Nobutaka Hattori, Koji Kamagata, Shigeki Aoki, Seiki Konishi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 433 ページ: 163-173
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2020.03.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociable Networks of the Lateral/Medial Mammillary Body in the Human Brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Masaki、Osada Takahiro、Ogawa Akitoshi、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Konishi Seiki
  • 雑誌名: Frontiers in Human Neuroscience 巻: 14 ページ: 228-228
  • DOI: 10.3389/fnhum.2020.00228
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional Organization for Response Inhibition in the Right Inferior Frontal Cortex of Individual Human Brains (2020)
  • 著者名/発表者名: Suda Akimitsu、Osada Takahiro、Ogawa Akitoshi、Tanaka Masaki、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Hattori Nobutaka、Konishi Seiki
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 30 号: 12 ページ: 6325-6335
  • DOI: 10.1093/cercor/bhaa188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Connectivity-based localization of human hypothalamic nuclei in functional images of standard voxel size (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Akitoshi、Osada Takahiro、Tanaka Masaki、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Konishi Seiki
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 221 ページ: 117205-117205
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117205
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MRI-based visualization of rTMS-induced cortical plasticity in the primary motor cortex (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura K†, Osada T†, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Shimo Y, Hattori N, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S († equal contribution)
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 14 号: 10 ページ: 0224175-0224175
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0224175
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] More subjects are required for ventrolateral than dorsolateral prefrontal TMS because of intolerability and potential drop-out (2019)
  • 著者名/発表者名: 3.Han S, Ogawa A, Osada T, Suda A, Tanaka M, Nanjo H, Shimo Y, Hattori N, Konishi S
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 14 号: 6 ページ: 0217826-0217826
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0217826
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An essential role of the intraparietal sulcus in response inhibition predicted by parcellation-based network (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada T, Ohta S, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimo Y, Hattori N, Enomoto H, Shimizu T, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 39 ページ: 2509-2521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Striatal subdivisions that coherently interact with multiple cerebrocortical networks (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa A†, Osada T†, Tanaka M, Hori M, Aoki S, Nikolaidis A, Milham MP, Konishi S († equal contribution)
  • 雑誌名: Human Brain Mapping 巻: 39 号: 11 ページ: 4349-4359
  • DOI: 10.1002/hbm.24275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Within-subject correlation analysis to detect functional areas associated with response inhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki T, Ogawa A, Osada T, Jimura K, Konishi S
  • 雑誌名: Frontiers in Human Neuroscience 巻: 12 ページ: 208-208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Elucidation of functional connectivity patterns of the lateral/medial mammillary body using resting-state fMRI in the human brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Osada T, Ogawa A, Han S, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
  • 学会等名: SfN Global Connectome 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Precision mapping of the right inferior frontal cortex of human brains and its function for response inhibition at the single-subject level (2021)
  • 著者名/発表者名: Suda A, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Kamagata K, Aoki S, Hattori, N, Konishi S
  • 学会等名: SfN Global Connectome 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Network centrality dissociates brain regions in right ventral IFC activated for response inhibition (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa A, Fujimoto U, Osada T, Tanaka M, Suda A, Hattori, N, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
  • 学会等名: OHBM 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Dissociated brain regions for response inhibition in right ventral inferior frontal cortex using network centrality analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto U, Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Suda A, Hattori N, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学大会
• [学会発表] Spatial extent of repetitive TMS-induced plasticity in the primary motor cortex detected by resting-state fMRI (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada T, Tamura K, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Shimo Y, Hattori N, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 学会等名: Neuroscience 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Essentiality of the intraparietal sulcus for response inhibition revealed by fMRI and TMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada T, Ohta S, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimo Y, Hattori N, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 学会等名: 第3回 ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] Causal role of the posterior parietal cortex for response inhibition revealed by fMRI and TMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada T, Ohta S, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimo Y, Hattori N, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 学会等名: NEURO2019
• [学会発表] Necessity of the posterior parietal cortex in response inhibition revealed by fMRI and TMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada T, Ohta S, Ogawa A, Tanaka M, Suda A, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Shimo Y, Hattori N, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 学会等名: OHBM 2019 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Functional connectivity changes after rTMS used to detect plasticity decline associated with obesity (2019)
  • 著者名/発表者名: Han S, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Hori M, Aoki S, Shimizu T, Enomoto H, Hanajima R, Ugawa Y, Konishi S
  • 学会等名: FAOPS 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Causally essential neural network for performing metacognitive judgement on experience and ignorance in primates (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K, Setsuie R, Osada T, Miyashita Y
  • 学会等名: Neuroscience 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Localisation and reversible silencing of metacognition networks for experienced and non-experienced events in primates (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K, Setsuie R, Osada T, Miyashita Y
  • 学会等名: 11th FENS Forum of Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Striatal subdivisions interacting with multiple cerebrocortical networks (2018)
  • 著者名/発表者名: 小川 昭利、長田 貴宏、田中 政輝、堀 正明、青木 茂樹、Aki Nikolaidis、Michael P Milham、小西 清貴
  • 学会等名: 第2回 ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] Causal role of the frontopolar cortex for metacognitive judgement on non-experienced events in primates (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 健太郎、節家 理恵子、長田 貴宏、宮下保司
  • 学会等名: 第41回 日本神経科学大会