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マルチモーダル脳イメージングによるヒト脳空間視覚情報処理機構の個人特徴の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H03789
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分90030:認知科学関連
研究機関生理学研究所

研究代表者

竹村 浩昌  生理学研究所, システム脳科学研究領域, 教授 (50631313)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワード定量的MRI / 機能的MRI / 外側膝状体 / 拡散強調MRI / 視覚情報処理
研究開始時の研究の概要

これまでの神経科学研究では、外側膝状体などの神経核における下位領域や大脳視覚野における特定の領野群において、空間視覚情報の処理に関わる神経活動が観測されることが分かってきた。しかし、ヒトにおいて空間視覚情報処理に関わる脳領域の機能と構造がどのような関わりを持つかについては未だに明らかになっていない。 本研究提案では、定量的MRI・機能的MRI・拡散強調MRI・心理物理実験という4つの手法を組み合わせることで、ヒト脳における空間視覚情報処理の神経機構を構造・機能の両面から包括的に評価する手法を確立させ、ヒトの空間視覚情報処理機能の神経基盤を検証する。

研究実績の概要

Macromolecular Tissue Volume法(Mezer et al., 2013)による定量MRI計測を用いて、外側膝状体の下位領域を構造データのみから同定する研究を進めた。具体的には、test-retest reliabilityの分析、inter-rater consistencyの分析、部分容積効果の影響を評価する分析を進めることで、得られた外側膝状体下位領域分析結果の信頼性および妥当性を示した。さらに、定量MRI計測値が大脳基底核における既知の解剖学的な違いを検出できていることを示すことで、計測データの妥当性を示した。加えて機能的MRIデータと定量MRIデータを比較することで、定量MRIで求められた外側膝状体の下位領域は、先行する侵襲的な電気生理学研究の知見と一致した刺激選択性を示すことも明らかになった。この一連の成果は、NeuroImage誌に原著論文として掲載されるに至った(Oishi et al., 2023)。

また機能的MRIと拡散強調MRIの統合的な分析により初期視覚系の脳領域間の構造共変性および遺伝率を検証した結果について、Journal of Neuroscience誌に原著論文として発表した(Miyata et al., 2022)。

このほか、機能的MRIと構造MRIデータの統合的分析の性能を畳み込みニューラルネットワークを用いて向上させる試みを開始し、国際会議での発表を行なった(Benson et al., 2022 Vision Sciences Society)。一連の研究成果について、国内の研究会(第71回脳の医学・生物学研究会)で招待講演を行なった。国際会議Organization for Human Brain Mappingにおいて神経解剖学と脳イメージングの融合に関する教育コースを主催し、自身の外側膝状体に関する研究成果を含む脳の構造・機能連関についての教育講演を行なった(Takemura, 2022 Organization for Human Brain Mapping)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画していた定量的MRIによる外側膝状体下位領域を対象とした研究が無事に原著論文として出版されたほか、機能的MRIと構造MRIを組み合わせることによる新たな研究成果も得られているため、本研究は順調に進捗していると考えられる。

今後の研究の推進方策

外側膝状体の下位領域のマッピングについて、両領域の解剖学的な違いをさらに理解するために、MRIデータのみならず死後脳から得られた解剖学データの分析も進めていく。視覚系の白質線維束の分析に有用な拡散強調MRI計測のパルスシーケンスの検討を行う。fMRIで同定された空間視覚情報処理に関わる脳領域間が、どのような白質線維束を介して連絡をしているのかを拡散強調MRIデータの分析によって明らかにする研究を実施する。空間視覚情報処理の個人差を評価する心理物理実験を実施する。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 13件、 招待講演 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Washington/New York University/National Institute of Health(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Forschungszentrum Juelich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Siemens Shenzhen Magnetic Resonance Ltd(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] New York University/University of Washington(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Siemens Shenzhen Magnetic Resonance Ltd(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Investigating human visual cortex variability2023

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 雑誌名

      Nature Reviews Neuroscience

      巻: 24 号: 5 ページ: 270-270

    • DOI

      10.1038/s41583-023-00686-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural Covariance and Heritability of the Optic Tract and Primary Visual Cortex in Living Human Brains2022

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Miyata, Noah C. Benson, Jonathan Winawer, Hiromasa Takemura
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 42 号: 35 ページ: 6761-6769

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0043-22.2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Macromolecular tissue volume mapping of lateral geniculate nucleus subdivisions in living human brains2022

    • 著者名/発表者名
      Oishi Hiroki、Takemura Hiromasa、Amano Kaoru
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 265 ページ: 119777-119777

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2022.119777

    • 関連する報告書
      2022 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] Understanding structure-function relationships in the mammalian visual system: part two2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Marcello G.P. Rosa
    • 雑誌名

      Brain Structure and Function

      巻: 227 号: 4 ページ: 1167-1170

    • DOI

      10.1007/s00429-022-02495-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-Contrast Magnetic Resonance Imaging of Visual White Matter Pathways in Patients With Glaucoma2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Shumpei、Takemura Hiromasa、Horiguchi Hiroshi、Miyazaki Atsushi、Matsumoto Kenji、Masuda Yoichiro、Yoshikawa Keiji、Nakano Tadashi
    • 雑誌名

      Investigative Opthalmology & Visual Science

      巻: 63 号: 2 ページ: 29-29

    • DOI

      10.1167/iovs.63.2.29

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Understanding structure-function relationships in the mammalian visual system: part one2021

    • 著者名/発表者名
      Takemura Hiromasa、Rosa Marcello G. P.
    • 雑誌名

      Brain Structure and Function

      巻: 226 号: 9 ページ: 2741-2744

    • DOI

      10.1007/s00429-021-02406-5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際共著
  • [学会発表] Structural neuroimaging of the early visual system in humans.2023

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      第12回 生理研-脳研-ヒト進化研究センター合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Retinotopic maps and their relationship to white matter tracts in the human brain.2023

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      CIN-NIPS-Asia Pacific Systems Neuroscience Symposium 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accurate and automated delineation of V1-V3 boundaries by a CNN.2022

    • 著者名/発表者名
      Noah C. Benson, Shaoling Chen, Hiromasa Takemura, Jonathan Winawer
    • 学会等名
      Vision Sciences Society
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Why do we need anatomical knowledge for a correct and comprehensive interpretation of neuroimaging data?2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      The Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Correlation between microstructural properties of the optic tract and size of primary visual cortex.2022

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Miyata, Noah C. Benson, Jonathan Winawer, Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      The Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative diffusion MRI study on the vertical occipital fasciculus across mammalian species.2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Takaaki Kaneko, Chet C. Sherwood, G. Allan Johnson, Markus Axer, Frank Q. Ye, David A. Leopold
    • 学会等名
      The Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡散強調MRIを用いたヒト脳白質線維束の計測および分析.2022

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      玉川大学脳科学研究所教育講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 白質線維束イメージングによる感覚認知情報処理機構の研究.2022

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      第71回脳の医学・生物学研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Comparative neuroimaging on the vertical occipital fasciculus in primates and non-primates.2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Takaaki Kaneko, Chet C. Sherwood, G. Allan Johnson, Markus Axer, Frank Q. Ye, David A. Leopold
    • 学会等名
      第6回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 白質線維束イメージングによる視覚情報伝達機構の研究.2022

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      2022年度生理学研究所研究会 多次元脳形態研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] MRIで分かる脳の情報伝達経路.2022

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      基礎科学講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Vertical occipital fasciculus: a highway connecting dorsal and ventral visual streams in humans and non-human primates2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      CIN-NIPS-Asia Pacific Systems Neuroscience Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 視覚系における白質線維束の種間比較.2022

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 視路白質病変の構造解析.2021

    • 著者名/発表者名
      竹村浩昌
    • 学会等名
      第59回日本神経眼科学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Assessing structural covariance of primary visual cortex and white matter in a neuroimaging dataset.2021

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Miyata, Noah C. Benson, Jonathan Winawer, Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      第5回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] White matter tissue property of the wheelchair racing athlete: a single case study.2021

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Nodoka Kimura, Tomoyo Morita, Eiichi Naito
    • 学会等名
      第5回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Tissue properties along the corticospinal tract of the wheelchair racing athlete: a case study.2021

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Nodoka Kimura, Tomoyo Morita, Eiichi Naito
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural covariance and heritability of the optic tract and primary visual cortex in living human.2021

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Miyata, Noah Benson, Jonathan Winawer, Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative structural mapping of the lateral geniculate nucleus subdivisions in living human brain.2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Oishi, Hiromasa Takemura, Kaoru Amano
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heterogeneous age dependency in the human superior longitudinal fasciculus.2021

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Amemiya, Eiichi Naito, Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] White matter tract analysis using neuroimaging and neuroanatomy datasets.2021

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] White matter microstructural properties in glaucoma: multi-contrast magnetic resonance imaging study.2021

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Ogawa, Hiromasa Takemura, Hiroshi Horiguchi, Atsushi Miyazaki, Kenji Matsumoto, Yoichiro Masuda, Keiji Yoshikawa, Tadashi Nakano
    • 学会等名
      Vision Sciences Society
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Advantage of simultaneous multi-slice readout-segmented echo-planar imaging on diffusion MRI measurements of the human optic nerve.2021

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Takemura, Wei Liu, Hideto Kuribayashi, Ikuhiro Kida
    • 学会等名
      International Society for Magnetic Resonance in Medicine
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチコントラストMRIを用いた緑内障視路白質微細構造の検討.2021

    • 著者名/発表者名
      小川俊平, 竹村浩昌, 堀口浩史, 宮崎淳, 松元健二, 増田洋一郎, 吉川啓司, 中野匡
    • 学会等名
      第10回日本視野画像学会学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/scbm/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/hiromasatakemura

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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