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行動の抑制を実現する神経回路動態の解明:fMRI・TMSによる複合的検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K07255
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) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード機能的磁気共鳴画像法(fMRI) / 経頭蓋磁気刺激(TMS) / 経頭蓋超音波刺激(TUS) / 反応抑制 / 前頭前野 / 大脳基底核 / 実行機能 / TUS / 経頭蓋超音波刺激 / 皮質下領域 / 経頭蓋磁気刺激法(TMS) / ネットワーク / 機能的領域分割 / fMRI / TMS / 神経回路
研究開始時の研究の概要

本研究は、自分自身の行動の抑制を実現する神経回路メカニズムの解明を目的としている。さまざまな脳領域が互いに連関しながら反応抑制を実現しているが、これらの領域の間でどのような神経ネットワークが形成され、またどのような情報処理の流れによって行動の抑制が実現されているかはわかっていない。本研究では、機能的MRI計測とTMS刺激介入実験を行うことにより、ヒトの反応抑制に関わる神経ネットワークを同定し、脳領域がどのようなタイミングで行動の抑制に寄与しているのか、またネットワークにおいて脳領域間でどのように情報処理が流れているのか解明する。

研究実績の概要

本研究課題は、自分自身の行動の抑制(反応抑制)を実現する神経回路メカニズムの解明を目的としている。ヒトの反応抑制に関わる脳領域を機能的磁気共鳴画像法(functional magnetic resonance imaging [fMRI])を用いて同定し、その脳領域間の神経回路構造を安静時fMRIや拡散MRIにより推定した。さらに、脳領域の因果性や経路内での情報の流れを検証するために、経頭蓋磁気刺激(transcranial magnetic stimulation [TMS])や経頭蓋超音波刺激(transcranial ultrasound stimulation [TUS])での介入により進めてきた。右下前頭皮質(特に後部腹側部)が反応抑制の実行に関与していることは知られているが、その前段階である視覚情報の入力から感覚情報の統合までの経路についてはよくわかっていなかった。そこで、fMRIと拡散MRIを駆使することで、感覚情報の統合を行う部位として島皮質前背側部を同定した。さらにTUSによる介入により、この部位の反応抑制への因果性を示した。また、下前頭皮質内のサブ領域への入力形式を明らかにした。以上の結果をまとめた論文を投稿中である(Osada et al., in revision)。
また、TUSは、大脳皮質のみならず脳深部領域に対しても可逆的に介入できる手法であり、新たな非侵入脳刺激法として広く注目を集めている。その可能性や臨床応用への展望について論じた総説論文を発表した(Osada and Konishi, Psychiatry and Clinical Neurosciences, 2024)。

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

fMRIや拡散MRIによるイメージング法での計測、TMSやTUSによる非侵襲的介入を組み合わせ、反応抑制を実現する神経回路メカニズムの全脳レベルでの解明に向けて研究を進めてきている。具体的には、視覚情報の入力から感覚情報の統合を経て、右下前頭皮質での実行処理を行う経路を、fMRIおよび拡散MRIにより明らかにした。一次視覚野での視覚情報は、島皮質前背側部を経て、下前頭皮質後部腹側部に至ることがわかった。また、島皮質前背側部は脳深部に位置していることから、脳深部への非侵入的介入が可能なTUSを適用することで、反応抑制への因果性を明らかにした。これらにより、島皮質前背側部は、感覚情報の統合を行う場として機能していることが示唆された。さらに、島皮質前背側部から下前頭皮質のサブ領域への情報の流れをTMSとTUSを駆使することで明らかにした。以上の結果は、学術論文として投稿中である(Osada et al., in revision)。
また、TUSの持つ非侵襲的脳刺激法としての大きな可能性や臨床応用の展望についての総説論文を発表し(Osada and Konishi, Psychiatry and Clinical Neurosciences, 2024)、TUS研究を大きく進めている。
上記のイメージング手法や非侵襲的介入手法を用いた研究を進めるとともに、MRIを用いてヒト視交叉上核の日内変動による活動の変化についても報告した(Oka et al., Journal of Neuroscience, 2024)。このようにイメージング手法や、TMS・TUSの非侵襲的介入手法のそれぞれの利点をおおいに生かすことで、研究の幅を広げ、全脳レベルでの情報処理回路の解明を進めることができている。

今後の研究の推進方策

fMRIおよびTMSやTUSによる非侵襲的介入手法を組み合わせた実験を引き続き行い、大脳皮質領域間の回路だけでなく、大脳皮質-皮質下領域での神経回路も同定し、反応抑制を実現する情報処理過程を明らかにしていく。これらの成果をまとめ、学術雑誌への原著論文の投稿・発表を予定している。また、得られた成果は、プレスリリースやSNSへの投稿などを通じて、積極的に社会に発信していく。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 13件、 招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Noninvasive intervention by transcranial ultrasound stimulation: Modulation of neural circuits and its clinical perspectives2024

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Konishi S
    • 雑誌名

      Psychiatry and Clinical Neurosciences

      巻: 78 号: 5 ページ: 273-281

    • DOI

      10.1111/pcn.13663

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bicarbonate signalling via G protein-coupled receptor regulates ischaemia-reperfusion injury2024

    • 著者名/発表者名
      Jo-Watanabe A, Inaba T, Osada T, Hashimoto R, Nishizawa T, Okuno T, Ihara S, Touhara K, Hattori N, Oh-Hora M, Nureki O, Yokomizo T
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 1530-1530

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45579-3

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diurnal variation of brain activity in the human suprachiasmatic nucleus2024

    • 著者名/発表者名
      Oka Satoshi、Ogawa Akitoshi、Osada Takahiro、Tanaka Masaki、Nakajima Koji、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Oshima Yasushi、Tanaka Sakae、Kirino Eiji、Nakamura Takahiro J.、Konishi Seiki
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 44 ページ: e1730232024-e1730232024

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1730-23.2024

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reduced gray matter volume in the default-mode network associated with insulin resistance2023

    • 著者名/発表者名
      Asano S, Ogawa A, Osada T, Oka S, Nakajima K, Oshima Y, Tanaka S, Kaga H, Tamura Y, Watada H, Kawamori R, Konishi S
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 33 号: 23 ページ: 11225-11234

    • DOI

      10.1093/cercor/bhad358

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Role of right temporoparietal junction for counterfactual evaluation of partner’s decision in ultimatum game2023

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Asano S, Osada T, Tanaka M, Tochigi R, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 33 号: 6 ページ: 2947-2957

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac252

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A causal role of anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition revealed by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 40 号: 7 ページ: 111197-111197

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.111197

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distributions of cortical depth of the index finger region in the M1: A representative depth parameter for transcranial ultrasound stimulation2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: 15 号: 6 ページ: 1348-1350

    • DOI

      10.1016/j.brs.2022.09.012

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hypothalamic interaction with reward-related regions during subjective evaluation of foods2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Suda A, Nakajima K, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Hattori N, Konishi S
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 264 ページ: 119744-119744

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2022.119744

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Advantages of Using Both Voxel- and Surface-based Morphometry in Cortical Morphology Analysis: A Review of Various Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Goto M, Abe O, Hagiwara A, Fujita S, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Osada T, Konishi S, Masutani Y, Sakamoto H, Sakano Y, Kyogoku S, Daida H
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 21 号: 1 ページ: 41-57

    • DOI

      10.2463/mrms.rev.2021-0096

    • NAID

      130008166245

    • ISSN
      1347-3182, 1880-2206
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Parallel cognitive processing streams in human prefrontal cortex: Parsing areal-level brain network for response inhibition2021

    • 著者名/発表者名
      Osada Takahiro、Ogawa Akitoshi、Suda Akimitsu、Nakajima Koji、Tanaka Masaki、Oka Satoshi、Kamagata Koji、Aoki Shigeki、Oshima Yasushi、Tanaka Sakae、Hattori Nobutaka、Konishi Seiki
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 36 号: 12 ページ: 109732-109732

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2021.109732

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Noninvasive neuromodulation with ultrasound: stimulation to the human cerebrocortical and subcortical areas2024

    • 著者名/発表者名
      Osada T
    • 学会等名
      TAITU Annual Academic Conference: International symposium on ultrasound brain stimulation
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Noninvasive intervention to the human prefrontal cortex and basal ganglia with ultrasound2023

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Konishi S
    • 学会等名
      第46回 日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 経頭蓋超音波刺激による大脳皮質・皮質下領域への非侵襲的介入2023

    • 著者名/発表者名
      長田 貴宏、小西 清貴
    • 学会等名
      第17回 パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 経頭蓋超音波刺激法の課題と臨床応用の可能性2023

    • 著者名/発表者名
      小西 清貴、長田 貴宏
    • 学会等名
      第119回 日本精神神経学会学術総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Diurnal variation of brain activity in the human suprachiasmatic nucleus2023

    • 著者名/発表者名
      Oka S, Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Nakajima K, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Kirino E, Nakamura TJ, Konishi S
    • 学会等名
      Neuroscience 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective connectivity of hypothalamus to reward-related regions during subjective food evaluation2023

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Suda A, Nakajima K, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Hattori N, Konishi S
    • 学会等名
      OHBM 2023 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reduction of gray matter volume correlated with insulin resistance2023

    • 著者名/発表者名
      Asano S, Ogawa A, Osada T, Someya Y, Tamura Y, Watada H, Kawamori R, Konishi S. Reduction of gray matter volume correlated with insulin resistance
    • 学会等名
      OHBM 2023 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Frontal language area can shift toward surrounding area as the lesion approaches2023

    • 著者名/発表者名
      Nakajima R, Ogawa A, Kinoshita M, Osada T, Okita H, Konishi S, Nakada M
    • 学会等名
      OHBM 2023 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Perfusion imaging of diurnal variations in activity of the human suprachiasmatic nucleus2023

    • 著者名/発表者名
      Oka S, Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Nakajima K, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Kirino E, Nakamura TJ, Konishi S
    • 学会等名
      第7回 ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Diurnal variation in the human suprachiasmatic nucleus: An fMRI study2023

    • 著者名/発表者名
      Oka S, Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Nakajima K, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Kirino E, Nakamura TJ, Konishi S
    • 学会等名
      第46回 日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 覚醒下マッピング所見と画像解析に基づく側頭言語野ネットワークの機能シフトの特徴2023

    • 著者名/発表者名
      中嶋 理帆、木下 雅史、長田 貴宏、小川 昭利、沖田 浩一、小西 清貴、中田 光俊
    • 学会等名
      第21回 日本Awake Surgery学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] インスリン抵抗性と灰白質が関連する大脳領野2023

    • 著者名/発表者名
      浅野早紀、小川昭利、長田貴宏、加賀英義、田村好史、綿田裕孝、河盛隆造、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 食物の主観的評価における視床下部と報酬関連領域との相互作用2023

    • 著者名/発表者名
      小川昭利、長田貴宏、田中政輝、須田晃充、中嶋香児、岡哲史、鎌形康司、青木茂樹、大島寧、田中栄、服部信孝、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトにおける超音波による非侵襲的脳刺激2023

    • 著者名/発表者名
      長田貴宏、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Transcranial ultrasound stimulation revealed a causal role of anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition in humans2023

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Cortical depth of the first dorsal interosseous region in the human primary motor cortex revealed by fMRI and TMS2023

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Cortical and subcortical circuits for response inhibition2023

    • 著者名/発表者名
      Osada T
    • 学会等名
      8th CiNet Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neural correlates for other's equity concern modulating response to distribution in ultimatum game2022

    • 著者名/発表者名
      Asano S, Ogawa A, Tochigi R, Tanaka M, Osada T, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 学会等名
      OHBM 2022 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Offline effects of transcranial ultrasound stimulation on cortical/subcortical areas in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Y Oshima, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      FUN22 (3rd Focused Ultrasound Neuromodulation Conference)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sustained suppression of brain activity induced by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Y Oshima, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      Neuroscience 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト大脳皮質および大脳基底核への低出力超音波刺激の実践例2022

    • 著者名/発表者名
      小西清貴、長田貴宏
    • 学会等名
      第63回 日本神経学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分配に対する反応における他者の公平への配慮に関する神経相関2022

    • 著者名/発表者名
      浅野早紀、小川昭利、栃木麗亜、田中政輝、長田貴宏、鎌形康司、青木茂樹、小西清貴
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Activity suppression of the motor cortex induced by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Ultrasound stimulation revealed human anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Counterfactual evaluation of partner’s decision in ultimatum game recruits right TPJ2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Asano S, Osada T, Tanaka M, Tochigi R, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトでのTUSの安全性と応用2022

    • 著者名/発表者名
      長田貴宏、小西清貴
    • 学会等名
      第52回 日本臨床神経生理学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiple cortical processing streams support response inhibition in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Ogawa A, Suda A, Nakajima K, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Hattori N, Konishi S
    • 学会等名
      第99回 日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Localization of hypothalamic nuclei using resting-state functional connectivity in standard voxels2021

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 学会等名
      OHBM 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain networks of the human mammillary body revealed by functional and diffusion MRI2021

    • 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
      44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society & 1st CJK International Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identifying likely locations of hypothalamic nuclei based on resting-state functional connectivity in standard voxel resolution2021

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 学会等名
      44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society & 1st CJK International Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two processing streams in response inhibition revealed by fMRI and time-resolved TMS2021

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Ogawa A, Suda A, Nakajima K, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Y Oshima, Tanaka S, Hattori, N, Konishi S
    • 学会等名
      Neuroscience 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 行動の抑制を生み出す新たな神経回路の発見

    • URL

      https://www.juntendo.ac.jp/news/00630.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 不適切な行動の抑制に関わる脳の情報処理の回路を発見

    • URL

      https://www.juntendo.ac.jp/news/20210922-01.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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