脳波-近赤外分光法同時記録を用いたサブプレート・ニューロンの脳血流動態の解明

• 研究課題/領域番号: 20K08228
• 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52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 城所 博之 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (20647466)
• 研究分担者: 多賀 厳太郎 東京大学, 大学院教育学研究科(教育学部), 教授 (00272477) ; 夏目 淳 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (60422771)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020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: サブプレート / 脳血流動態 / 脳波 / 近赤外分光法 / 早産児 / デルタブラッシュ / 安静時ネットワーク / 自発的活動 / 睡眠ステート / サブプレートニューロン / サブプレート・ニューロン

研究開始時の研究の概要

サブプレート・ニューロンは、発達期の脳皮質の形成や脳内ネットワークの構築に重要な役割を果たす。ヒト早産児に高率に認める発達障害の病態にも、サブプレート・ニューロンの障害が大きく関与すると考えるが、ヒトでは未解明である。動物実験を通じて、ヒト早産児脳波に見られるブラッシュがサブプレート・ニューロンの活動を反映することが示された。本研究では、1) 脳波に機能的近赤外分光法（fNIRS）を同時記録することでサブプレート・ニューロンの脳局所血流動態を明らかにする。さらに、2) サブプレート・ニューロンの活動が、生後18か月の神経発達や脳皮質構造や脳内ネットワークに及ぼす効果を明らかにする。

研究実績の概要

最終年度は、早産児脳波のデルタブラッシュに着目し、脳発達に重要な役割を果たしている自発神経活動に関連した脳ヘモダイナミクスを明らかにした。在胎30～34週出生の早産児17名に対し、修正34週と36週時に脳波と機能的近赤外分光法 (NIRS) を40分以上同時記録した。脳波は8チャンネルのポリグラフを、NIRSは全周性に8チャンネル (左右の前頭、前側頭、後側頭、後頭) をそれぞれ児頭に装着した。双極誘導脳波を8～25 Hzにフィルタリングし、包絡線の持続時間が0.3～1.5秒、かつ0.3秒の移動平均振幅が10μVを超える波形をブラッシュとして自動検出した。1つの脳波電極のみに出現したブラッシュを起始とした酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビンの加算平均波形を、脳波電極ごと、NIRSチャンネルごとに、動睡眠・静睡眠別にそれぞれ算出した。各記録のデータを用い、記録時34週と36週での集団解析を行った。集団解析での加算平均波形を、同位相、逆位相、変化なし、の3パターンに視察的に分類し、記録時週数、計測部位との関連についてそれぞれ検討した。その結果、記録時34週、36週ともに、睡眠段階に関わらず、限局したデルタブラッシュに関連するヘモダイナミクスが75%以上で観察された。36週では、34週よりも逆位相の反応が多かった。部位別では、前側頭部が高頻度に反応を示した (34週、36週ともに97%)。さらに36週では、前側頭部で逆位相の反応が多かった。結論として、早産児脳において、デルタブラッシュに対応するヘモダイナミクスが広範囲で確認された。特に前側頭部で明瞭な反応が多く観察されたことは、同部位に位置する島皮質が、発達早期の脳ネットワークの中心として働いているという仮説を支持していると考えた。

研究成果

• [雑誌論文] Proceedings of the 14th International Newborn Brain Conference: Neuro-imaging studies (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kidokoro, et al.
  • 雑誌名: Journal of Neonatal-Perinatal Medicine 巻: 16 号: s1 ページ: S75-S101
  • DOI: 10.3233/npm-239005
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proceedings of the 14th International Newborn Brain Conference: Fetal and/or neonatal brain development, both normal and abnormal (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kidokoro, et al.
  • 雑誌名: Journal of Neonatal-Perinatal Medicine 巻: 16 号: s1 ページ: S1-S19
  • DOI: 10.3233/npm-239001
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intrauterine exposure to chorioamnionitis and neuroanatomical alterations at term-equivalent age in preterm infants (2023)
  • 著者名/発表者名: Nosaka Rena、Ushida Takafumi、Kidokoro Hiroyuki、Kawaguchi Masahiro、Shiraki Anna、Iitani Yukako、Imai Kenji、Nakamura Noriyuki、Sato Yoshiaki、Hayakawa Masahiro、Natsume Jun、Kajiyama Hiroaki、Kotani Tomomi
  • 雑誌名: Archives of Gynecology and Obstetrics 巻: - 号: 5 ページ: 1909-1918
  • DOI: 10.1007/s00404-023-07064-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 早産児の中枢神経系の発達は胎児と異なっているのか (2023)
  • 著者名/発表者名: 城所博之、白木杏奈
  • 雑誌名: 病態生理 巻: 53 ページ: 318-320
• [雑誌論文] 脳室周囲白質軟化症 (2023)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 雑誌名: 小児科臨床 巻: 76 ページ: 35-39
• [雑誌論文] Proceedings of the 13th International Newborn Brain Conference: Fetal and/or neonatal brain development, both normal and abnormal (2022)
  • 著者名/発表者名: Abdi Khadar、Kawaguchi Mas Lind、Hermans Tim、Hershkovitz Reli、Holgersenmad、Kidokoro Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Neonatal-Perinatal Medicine 巻: 15 号: 2 ページ: 411-426
  • DOI: 10.3233/npm-229002
  • 国際共著
• [雑誌論文] Hypertensive disorders of pregnancy and alterations in brain metabolites in preterm infants: A multi-voxel proton MR spectroscopy study (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsuki Satoru、Ushida Takafumi、Kidokoro Hiroyuki、Nakamura Noriyuki、Iitani Yukako、Fuma Kazuya、Imai Kenji、Nakano-Kobayashi Tomoko、Sato Yoshiaki、Hayakawa Masahiro、Natsume Jun、Kajiyama Hiroaki、Kotani Tomomi
  • 雑誌名: Early Human Development 巻: 163 ページ: 105479-105479
  • DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2021.105479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of brain structures in childhood epilepsy with centrotemporal spikes (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Yuji、Maki Yuki、Okai Yu、Kidokoro Hiroyuki、Bagarinao Epifanio、Takeuchi Tomoya、Ohno Atsuko、Nakata Tomohiko、Ishihara Naoko、Okumura Akihisa、Yamamoto Hiroyuki、Maesawa Satoshi、Natsume Jun
  • 雑誌名: Pediatrics International 巻: 64 号: 1
  • DOI: 10.1111/ped.15001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age estimates from brain magnetic resonance images of children younger than two years of age using deep learning (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi M, Kidokoro H, Ito R, Shiraki A, Suzuki T, Maki Y, Tanaka M, Sakaguchi Y, Yamamoto H, Takahashi Y, Naganawa S, Natsume J
  • 雑誌名: Magn Reson Imaging 巻: 79 ページ: 38-44
  • DOI: 10.1016/j.mri.2021.03.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delta brushes are not just a hallmark of EEG in human preterm infants (2021)
  • 著者名/発表者名: Kidokoro Hiroyuki
  • 雑誌名: Pediatrics International 巻: 63 号: 2 ページ: 130-136
  • DOI: 10.1111/ped.14420
  • 査読あり
• [雑誌論文] MRI findings in children with congenital cytomegalovirus infection retrospectively diagnosed with dried umbilical cord (2020)
  • 著者名/発表者名: Kidokoro Hiroyuki、Shiraki Anna、Torii Yuka、Tanaka Masaharu、Yamamoto Hiroyuki、Kurahashi Hirokazu、Maruyama Koichi、Okumura Akihisa、Natsume Jun、Ito Yoshinori
  • 雑誌名: Neuroradiology 巻: 63 号: 5 ページ: 761-768
  • DOI: 10.1007/s00234-020-02603-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of spontaneous electrical activity on the developing cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Kidokoro Hiroyuki
  • 雑誌名: Pediatrics International 巻: 62 号: 10 ページ: 1131-1132
  • DOI: 10.1111/ped.14407
• [学会発表] 超早産児の神経発達予後を予測する脳MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 学会等名: 第79回九州新生児研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Age estimates from brain MRIs of children younger than two years of age using deep learning (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kidokoro
  • 学会等名: The 18th Congress of Asian Society for Pediatric Research (ASPR2023)
  • 招待講演
• [学会発表] 小児神経医から見た胎児脳MRI診断の進歩と課題 (2023)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 学会等名: 第17回小児神経放射線研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Sleep-state dependent trajectory of the incidence of brush on the preterm EEG (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kidokoro, Anna Shiraki, Hama Watanabe, Gentaro Taga, Tsu Yoshimura, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Takashi Maeda, Yuji Ito, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato, Masahiro Hayakawa, Jun Natsume
  • 学会等名: 2023 Pediatric Academic Societies Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Sleep State-dependent Functional Connectivity in Healthy Term Infants (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kidokoro, Anna Shiraki, Hama Watanab, Gentaro Taga, Takafumi Ushida, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Yuji Ito, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato4 Masahiro Hayakawa, Jun Natsume
  • 学会等名: the 14th International Newborn Brain Conference (INBBC)
  • 国際学会
• [学会発表] Periodic breathing distorts functional connectivity analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiraki A, Kidokoro H, Watanabe H, Taga G, Narita H, Mitsumatsu T, Kumai S, Suzui R, Sawamura F, Ito Y, Yamamoto H, Nakata T, Sato Y, Hayakawa M, Natsume J.
  • 学会等名: 14th International Newborn Brain Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 早産児の修正満期における脳機能ネットワークと修正10か月時発達予後の関連 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈、城所博之、渡辺はま、多賀厳太郎、成田肇、光松孝真、隈井すみれ、鈴井良輔、澤村文、伊藤祐史、山本啓之、中田智彦、佐藤義朗、高橋義行、 早川昌弘、夏目淳
  • 学会等名: 第126回日本小児科学会学術集会
• [学会発表] Altered trajectory of the incidence of brush as determined via preterm electroencephalogram is associated with brain maturation or injury (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiraki A, Kidokoro H, Watanabe H, Taga G, Yoshimura T, Narita H, Mitsumatsu T, Kumai S, Suzui R, Sawamura F, Maeda T, Ito Y, Yamamoto H, Nakata T, Sato Y, Hayakawa M, Natsume J
  • 学会等名: 2023 Pediatric Academic Societies Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Hemoglobin phase of oxygenation and deoxygenation in preterm infants: Developmental trajectory and prognosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Anna Shiraki, Hiroyuki Kidokoro, Hama Watanabe, Gentaro Taga, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Yuji Ito, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato, Masahiro Hayakawa, Jun Natsume
  • 学会等名: 第65回日本小児神経学会学術集会
• [学会発表] 新生児脳の後頭を含む脳機能ネットワークは静睡眠より動睡眠で強い (2023)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈、城所博之、渡辺はま、多賀厳太郎、牛田貴文、吉村通、成田肇、光松孝真、隈井すみれ、鈴井良輔、澤村文、伊藤祐史、山本啓之、中田智彦、夏目淳
  • 学会等名: 第65回日本小児神経学会学術集会
• [学会発表] 脳変容から紐解く早産児自閉スペクトラム症の病態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈
  • 学会等名: 第65回日本小児神経学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Hemodynamic response to spontaneous neural activity on the electroencephalogram in preterm infants (2023)
  • 著者名/発表者名: "Anna Shiraki, Hiroyuki Kidokoro, Hama Watanabe, Gentaro Taga, Misae Yamada, Tsu Yoshimura, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Takashi Maeda, Yuji Ito, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato, Masahiro Hayakawa, Jun Natsume"
  • 学会等名: 50th International Society on Oxygen Transport to Tissue
  • 国際学会
• [学会発表] Hemodynamic responses associated with spontaneous neural activity in the early developing brain (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiraki A, Watanabe H, Taga G, Hashimoto M, Yamada M, Narita H, Mitsumatsu T, Kumai S, Suzui R, Sawamura F, Maeda T, Ito Y, Yamamoto H, Nakata T, Sato Y, Natsume J, Kidokoro H
  • 学会等名: 15th International Newborn Brain Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Periodic breathing distorts functional connectivity analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Anna Shiraki, Hiroyuki Kidokoro, Hama Watanabe, Gentaro Taga, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Yuji Ito, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato, Masahiro Hayakawa, Jun Natsume
  • 学会等名: Newborn Brain Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Sleep-state-dependent and region-specific development of brain functional connectivity in preterm infants (2022)
  • 著者名/発表者名: Anna Shiraki, Hiroyuki Kidokoro, Hama Watanabe, Gentaro Taga, Hajime Narita, Takamasa Mitsumatsu, Sumire Kumai, Ryosuke Suzui, Fumi Sawamura, Masahiro Kawaguchi, Takeshi Suzuki, Hiroyuki Yamamoto, Tomohiko Nakata, Yoshiaki Sato, Masahiro Hayakawa, Jun Natsume
  • 学会等名: Pediatric Academic Society annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 正期産児の睡眠段階と脳機能ネットワークの関連 (2022)
  • 著者名/発表者名: 城所博之、白木杏奈、渡辺はま、多賀厳太郎、牛田貴文、野坂麗奈、成田肇、光松孝真、隈井すみれ、佐藤義朗、早川昌弘、夏目淳、鈴井良輔、澤村文、山本啓之、中田智彦、佐藤
  • 学会等名: 日本光脳機能イメージング学会
• [学会発表] 早産児周期性呼吸が脳ヘモダイナミクスに与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈、城所博之、渡辺はま、多賀厳太郎、牛田貴文、野坂麗奈、成田肇、光松孝真、隈井すみれ、佐藤義朗、早川昌弘、夏目淳、鈴井良輔、澤村文、山本啓之、中田智彦、佐藤義朗、早川昌弘、夏目淳
  • 学会等名: 日本光脳機能イメージング学会
• [学会発表] 周期性呼吸が脳内の酸素化ヘモグロビン変動に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈、城所博之、川口将宏、鈴木健史、山本啓之、佐藤義朗、早川昌弘
  • 学会等名: 日本周産期・新生児医学会学術集会
• [学会発表] Development of sleep-state-dependent functional connectivity in preterm infants (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiraki A, Kidokoro H, Watanabe H, Taga G, Narita H, Mitsumatsu T, Kumai S, Suzui R, Sawamura F, Kawaguchi M, Suzuki T, Yamamoto H, Nakata T, Sato Y, Hayakawa M, Natsume J
  • 学会等名: the 13th International Newborn Brain Conference
  • 国際学会
• [学会発表] EEG-fNIRS縦断計測による早産児の脳発達 (2021)
  • 著者名/発表者名: 白木杏奈、城所博之、渡辺はま、多賀厳太郎、光松孝真、隈井すみ木健史、牧祐輝 、山本啓れ、鈴井良輔、澤村文、川口将宏、鈴之 、中田智彦、佐藤義朗、早川昌弘、夏目淳
  • 学会等名: 第23回日本光脳機能イメージング学会
• [学会発表] 新生児脳波の過去と現在 (2021)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 学会等名: 第54回日本てんかん学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] HIEにおける脳画像所見および予後経過 (2021)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 学会等名: 第24回日本脳低温療法・体温管理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 新生児発作波形検出プログラムの早産児発作への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 城所博之、久保田哲夫、深沢達也、鈴井良輔、隈井すみれ、澤村 文、白木杏奈、鈴木健史、川口将宏、牧 祐輝、山本啓之、中田智彦、奥村彰久、夏目 淳
  • 学会等名: 第63回日本小児神経学会学術集会
• [学会発表] 大脳新皮質形成の仕組み～ヒト早産児研究から～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 学会等名: 日本学術会議
  • 招待講演
• [図書] 小児科臨床 (2022)
  • 著者名/発表者名: 城所博之
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 総合医学社