“痛み”体験に特異的な脳活動パターンの開発と機能性疼痛の病態評価への応用

• 研究課題/領域番号: 19K07930
• 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52010:内科学一般関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鹿野 理子 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (20344658)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 内臓痛 / 脳機能画像 / 機械学習 / 予測モデル / 過敏性腸症候群 / 内臓通

研究開始時の研究の概要

本研究は、主観的体験である“痛み”現象を脳活動パターンとして再現性をもって客観的にとらえられるかの検討である。痛みが慢性化した状態では、中枢での疼痛処理機構の変化が複雑に痛みを修飾する．中枢をターゲツトとした病態の解明が必要である．とくに機能性疼痛では、痛みのある部位にその原因をもとめても器質的変化がなく、診断は患者の主観的症状の訴えにもとづいて行われる．ゆえに中枢での「痛み」体験が病態形成に重要な役割を果たすと考えられている。本検討では主観的痛み体験の座を脳ととらえ、従来型の脳画像解析ではなく機械学習のアルゴリズムを応用することで、予測精度の高い痛み脳指標を作成する挑戦である。

研究成果の概要

多施設で取得された内臓痛と体性痛脳活動データを既報の痛み関連脳パターンを用いて評価、痛みのモダリティーを超えて痛み関連パターンの反応が見られることを確認した。体性痛では体性運動ネットワーク活動が、内臓刺激対しては前頭頭頂ネットワークがより強く増強するという違いがみられた。
過敏性腸症候群患者と対照者の間で安静時の脳機能画像データよりグラフ解析を用いてネットワークの機能特性を比較した。両群でグローバル正規化グラフ測定値、ハブ、モジュール構造に有意な差はなかったが、心理的苦痛とpath lengthに有意な違いが見られた。
これらの結果を経て内臓知覚過敏を予測しうる脳活動パターンの作成をしている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

過敏性腸症候群をはじめとする機能性消化管障害では、痛みの生じている局所（腹部など）に痛みを説明しうる器質的な異常が必ずしも存在するわけではなく、体と脳の相互作用の変化、中でも中枢での痛みの感じ方がその病態の一つと考えられている。本研究では、内臓痛を誘発した際の脳活動、および安静時の脳活動から、過敏性腸症候群に特異的なパターンを抽出し、脳活動からその病理の中心である内臓知覚過敏の診断につなげようという試みである。痛みに関連する脳活動の基準となるパターンに照合し、体性痛、内臓痛の評価をし、さらに疾患群での特異的な脳活動パターンを解析している。

研究成果

• [国際共同研究] KUL(ベルギー)
• [国際共同研究] Dertmouth Collage(米国)
• [国際共同研究] University of Grenoble(フランス)
• [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)
• [国際共同研究] KUL(ベルギー)
• [国際共同研究] Dertmouth Collage(米国)
• [国際共同研究] University of Grenoble(フランス)
• [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)
• [国際共同研究] KUL(ベルギー)
• [国際共同研究] Dertmouth Collage(米国)
• [国際共同研究] University of Grenoble(フランス)
• [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)
• [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)
• [国際共同研究] University of Gothenburg(スウェーデン)
• [国際共同研究] Dartmouth College(米国)
• [国際共同研究] University of Grenoble Alpes(フランス)
• [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)
• [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)
• [国際共同研究] Dartmouth College(米国)
• [雑誌論文] Gut-brain interactions (2023)
  • 著者名/発表者名: Kano Michiko、Fukudo Shin
  • 雑誌名: Elsevier Reference Collection in Neuroscience and Biobehavioral Psychology 巻: - ページ: 312-333
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-820480-1.00036-x
  • ISBN: 9780128204818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consumption of 2 Green Kiwifruits Daily Improves Constipation and Abdominal Comfort?Results of an International Multicenter Randomized Controlled Trial (2023)
  • 著者名/発表者名: Richard Gearry, Shin Fukudo, Giovanni Barbara, Barbara Kuhn-Sherlock, Juliet Ansell, Paul Blatchford, Sarah Eady, Alison Wallace, Christine Butts, Cesare Cremon, Maria Raffaella Barbaro, Isabella Pagano, Yohei Okawa, Tomohiko Muratubaki, Tomoko Okamoto, Mikiko Fuda, Yuka Endo, Michiko Kano, Motoyori Kanazawa, et.al.
  • 雑誌名: American Journal of Gastroenterology 巻: ー 号: 6 ページ: 1058-1068
  • DOI: 10.14309/ajg.0000000000002124
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Histamine Neuroimaging in Stress-Related Disorders. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukudo S, Kano M, Sato Y, Muratsubaki T, Kanazawa M, Tashiro M, Yanai K.
  • 雑誌名: Curr Top Behav Neurosci. 巻: - ページ: 113-129
  • DOI: 10.1007/7854_2021_262
  • ISBN: 9783031169960, 9783031169977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concordant Pattern of the HPA Axis Response to Visceral Stimulation and CRH Administration (2021)
  • 著者名/発表者名: Yagihashi Mao、Kano Michiko、Muratsubaki Tomohiko、Morishita Joe、Kono Keishi、Tanaka Yukari、Kanazawa Motoyori、Fukudo Shin
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: - ページ: 32-40
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.03.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modification of rectal function and emotion by repetitive transcranial magnetic stimulation in humans (2021)
  • 著者名/発表者名: Aizawa Yuuichi、Morishita Joe、Kano Michiko、Kanazawa Motoyori、Fukudo Shin
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 168 ページ: 54-63
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.05.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] アレキシサイミアにおける島皮質での内臓知覚と自覚的感覚の乖離 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鹿野理子
  • 雑誌名: 心身医学 巻: 61 ページ: 153-157
  • NAID: 130007993535
• [雑誌論文] Resting state functional connectivity of the pain matrix and default mode network in irritable bowel syndrome: a graph theoretical analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Kano Michiko、Grinsvall Cecilia、Ran Qian、Dupont Patrick、Morishita Joe、Muratsubaki Tomohiko、Mugikura Shunji、Ly Huynh Giao、Tornblom Hans、Ljungberg Maria、Takase Kei、Simren Magnus、Van Oudenhove Lukas、Fukudo Shin
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67048-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Common and distinct neural representations of aversive somatic and visceral stimulation in healthy individuals (2020)
  • 著者名/発表者名: Van Oudenhove Lukas、Kragel Philip A.、Dupont Patrick、Ly Huynh Giao、Pazmany Els、Enzlin Paul、Rubio Amandine、Delon-Martin Chantal、Bonaz Bruno、Aziz Qasim、Tack Jan、Fukudo Shin、Kano Michiko、Wager Tor D.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19688-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Insula Activity to Visceral Stimulation and Endocrine Stress Responses as Associated With Alexithymia in Patients With Irritable Bowel Syndrome. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kano M, Muratsubaki T, Yagihashi M, Morishita J, Mugikura S, Dupont P, Takase K, Kanazawa M, Van Oudenhove L, Fukudo S
  • 雑誌名: Psychosom Med 巻: 82 号: 1 ページ: 29-38
  • DOI: 10.1097/psy.0000000000000729
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging Brain Mechanisms of Functional Somatic Syndromes: Potential as a Biomarker? (2020)
  • 著者名/発表者名: Kano M, Oudenhove LV, Dupont P, Wager TD, Fukudo S.
  • 雑誌名: The Tohoku Journal of Experimental Medicine 巻: 250 号: 3 ページ: 137-152
  • DOI: 10.1620/tjem.250.137
  • NAID: 130007805120
  • ISSN: 0040-8727, 1349-3329
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Parasympathetic activity correlates with subjective and brain responses to rectal distension in healthy subjects but not in non-constipated patients with irritable bowel syndrome. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kano M, Yoshizawa M, Kono K, Muratsubaki T, Morishita J, Van Oudenhove L, Yagihashi M, Mugikura S, Dupont P, Takase K, Kanazawa M, Fukudo S
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 14 号: 1 ページ: 7358-7358
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43455-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 機械学習を用いた"痛み"の脳バイオマーカー研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鹿野 理子
  • 雑誌名: 東北医学雑誌 巻: 131 ページ: 35-37
• [学会発表] 内科臨床に潜んでいる脳ー身体相関機構 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鹿野理子
  • 学会等名: 第98回日本心身医学会東北地方会
• [学会発表] Changes in the stress response system in patients with irritable bowel syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Michiko Kano
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] アレキシサイミアにおける島皮質での内臓知覚と自覚的感覚の乖離 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鹿野理子
  • 学会等名: 第2回日本心身医学関連学会合同集会
  • 招待講演
• [学会発表] Influence of alexithymia on brain response to visceral sensation in healthy controls and patients with irritable bowel syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Michiko Kano
  • 学会等名: Emotion
  • 国際学会
• [図書] 自律神経―初めて学ぶ方のためのマニュアル (2022)
  • 著者名/発表者名: 榊原龍次、内田さえ（編著）
  • 総ページ数: 444
  • 出版者: 中外医学社
  • ISBN: 9784498328808