Evolution of cerebro-cerebellar system investigated using resting-state functional connectivity in macaque and human

• 研究課題/領域番号: 20K15945
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分46030:神経機能学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: アウティオ ヨーナス 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, 上級研究員 (40755485)
• 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: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: Evolution / Cerebellum / Functional network / Functional imaging / Comparative neuroscience / Human / Macaque / fMRI / cerebellum / macaque / Cerebro-cerebellar / Resting-state / System neuroscience / Functional / MRI

研究開始時の研究の概要

Cerebellum contain the large majority of the neurons in the brain (80% in humans) and contributes to a wide range of brain functions. However, little is known about the evolution of cerebro-cerebellar system due to the technical challenge imposed by the multi-synaptic circuitry. To corroborate the evolution of primate cerebro-cerebellar communication, here, I investigate the cerebro-cerebellar functional connectivity by capitalizing on our recent advances in the resting-state functional magnetic resonance imaging in awake behaving macaque monkeys and compare the findings with those in humans.

研究成果の概要

この研究では、ニホンザルと人間の安静時機能的結合を比較することで、大脳小脳システムの進化を探求しました。私たちの発見は、人間の小脳が作業記憶、高次視覚、デフォルトモード、および言語機能に関連する広範な機能回路を示していることを明らかにしました。対照的に、これらの回路はニホンザルでは非常に小さいか、ほとんど存在しないことがわかりました。小脳は霊長類の脳内で大多数のニューロンを含んでいるため、これらの発見は、小脳がもたらす計算上の利点が、霊長類の系統における人間の知性と独自の行動の出現に重要な貢献をしている可能性があることを示唆しています。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Understanding the evolutionary emergence of human behavior holds profound scientific and social interest. Our research provides valuable insights into this evolutionary process and suggests that the enlargement of higher-level cerebro-cerebellar functional connectivity underlies this development.

研究成果

• [国際共同研究] NIH/Allen institute(米国)
• [国際共同研究] Stem Cell and Brain Research Institute(フランス)
• [雑誌論文] Empirical transmit field bias correction of T1w/T2w myelin maps (2022)
  • 著者名/発表者名: Glasser Matthew F.、Coalson Timothy S.、Harms Michael P.、Xu Junqian、Baum Graham L.、Autio Joonas A.、Auerbach Edward J.、Greve Douglas N.、Yacoub Essa、Van Essen David C.、Bock Nicholas A.、Hayashi Takuya
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 258 ページ: 119360-119360
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119360
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomical variability, multi-modal coordinate systems, and precision targeting in the marmoset brain (2022)
  • 著者名/発表者名: Ose Takayuki、Autio Joonas A.、Ohno Masahiro、Frey Stephen、Uematsu Akiko、Kawasaki Akihiro、Takeda Chiho、Hori Yuki、Nishigori Kantaro、Nakako Tomokazu、Yokoyama Chihiro、Nagata Hidetaka、Yamamori Tetsuo、Van Essen David C.、Glasser Matthew F.、Watabe Hiroshi、Hayashi Takuya
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 250 ページ: 118965-118965
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.118965
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Toward next-generation primate neuroscience: A collaboration-based strategic plan for integrative neuroimaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Milham Michael、Petkov Chris、et al.,
  • 雑誌名: Neuron 巻: 110 号: 1 ページ: 16-20
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2021.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Retinotopic organization of feedback projections in primate early visual cortex: implications for active vision (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Mingli、Hou Yujie、Magrou Loic、Autio Joonas A.、Misery Pierre、Coalson Tim、Reid Erin、Xu Yuanfang、Lamy Camille、Falchier Arnauld、Zhang Qi、Poo Mu-Ming、Dehay Colette、Glasser Matthew F.、Hayashi Takuya、Knoblauch Kenneth、Van Essen David、Shen Zhiming、Kennedy Henry
  • 雑誌名: BioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.04.27.489651
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cortical adaptation of the night monkey to a nocturnal niche environment: a comparative non-invasive T1w/T2w myelin study (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Takuro、Autio Joonas A.、Kawasaki Akihiro、Takeda Chiho、Ose Takayuki、Takada Masahiko、Van Essen David C.、Glasser Matthew F.、Hayashi Takuya
  • 雑誌名: Brain Structure and Function 巻: - 号: 5 ページ: 1107-1123
  • DOI: 10.1007/s00429-022-02591-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative connectomics of the primate social brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Chihiro、Autio Joonas A.、Ikeda Takuro、Sallet Jerome、Mars Rogier B.、Van Essen David C.、Glasser Matthew F.、Sadato Norihiro、Hayashi Takuya
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 245 ページ: 118693-118693
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2021.118693
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Minimal specifications for non-human primate MRI: Challenges in standardizing and harmonizing data collection (2021)
  • 著者名/発表者名: Autio Joonas A.、Zhu Qi、Li Xiaolian、Glasser Matthew F.、Schwiedrzik Caspar M.、Fair Damien A.、Zimmermann Jan、Yacoub Essa、Menon Ravi S.、Van Essen David C.、Hayashi Takuya、Russ Brian、Vanduffel Wim
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 236 ページ: 118082-118082
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2021.118082
• [雑誌論文] Towards HCP-Style macaque connectomes: 24-Channel 3T multi-array coil, MRI sequences and preprocessing (2020)
  • 著者名/発表者名: Autio JA, Glasser MF, Ose T, Donahue CJ, Bastiani M, Ohno M, Kawabata Y, Urushibata Y, Murata K, Nishigori K, Yamaguchi M, Hori Y, Yoshida A, Go Y, Coalson TS, Jbabdi S, Sotiropoulos SN, Kennedy H, Smith S, Van Essen DC, Hayashi T.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 215 ページ: 116800-116800
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.116800
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Non-invasive T1w/T2w myelin mapping of nonhuman primates: interspecies comparison of cortical structure of macaque, night monkey, and marmoset (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T., Autio J.A., Kawasaki A., Takeda C. Ose T., Takada M., Van Essen D.C., Glasser M.F., Hayashi T
  • 学会等名: Society for Neuroscience
• [学会発表] Comparative neurite diffusion MRI in primate cerebral cortical gray matter. (2022)
  • 著者名/発表者名: Naofumi Yoshida, Joonas A. Autio, Takayuki Ose, Masahiro Ohno, Yuki Matsumoto, Toshinori Hirai, Takuya Hayashi
  • 学会等名: Japanese Society for Magnetic Resonance in Medicine
• [学会発表] Comparative neurite diffusion MRI in primate cerebral cortical gray matter. (2022)
  • 著者名/発表者名: Naofumi Yoshida, Joonas A. Autio, Takayuki Ose, Masahiro Ohno, Yuki Matsumoto, Toshinori Hirai, Takuya Hayashi
  • 学会等名: The 6th Human Brain Imaging Study Group, Japan
• [学会発表] Laminar Myeloarchitectonic Mapping using T1- and T2-weighted MRI in Macaque Monkeys (2022)
  • 著者名/発表者名: Autio, J.A., Ose, T., Uematsu, A., Ikeda, T., Ohno, M., Matsumoto, Y., Kennedy, H., Van Essen, D.C Glasser, M.F., Hayashi, T
  • 学会等名: International Society for Magnetic Resonance and Medicine
• [学会発表] Surface-based analysis of owl monkey brain with high-resolution MRI (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, T., Kawasaki, A., Takeda, C., Ose, T., Autio, J.A., Takada, M., Glasser, M.F., Van Essen, D.C., Hayashi,
  • 学会等名: 5th Japanese Meeting for Human Brain Imaging
• [学会発表] Laminar Myeloarchitectonic Mapping using T1- and T2-weighted MRI in Macaque Monkeys (2022)
  • 著者名/発表者名: Autio Joonas
  • 学会等名: ISMRM
  • 国際学会