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非侵襲的かつ脳深部へ適応可能な新規刺激法を用いたヒト記憶脳回路の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K18267
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
研究機関高知工科大学

研究代表者

竹田 真己  高知工科大学, 情報学群, 教授 (00418659)

研究分担者 中原 潔  高知工科大学, 情報学群, 教授 (50372363)
長谷川 功  新潟大学, 医歯学系, 教授 (60282620)
地村 弘二  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (80431766)
渡邊 言也  高知工科大学, 総合研究所, 助教 (90637133)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
キーワード記憶 / 脳波 / 超音波 / 電気生理 / fMRI
研究開始時の研究の概要

経頭蓋集束超音波刺激を用いて、深部脳活動をコントロールした際の記憶パフォーマンスを検証することで、ヒトにおける記憶脳回路の因果的役割を解明する。(1)脳深部の内因性脳活動の位相にあわせた刺激が可能か、(2)刺激の効果範囲を十分に限定できるか、といった技術的課題をクリアするために、サルを対象に、経頭蓋集束超音波刺激の効果を経頭蓋と頭蓋内の両方の脳活動を同時計測して比較することにより検証する。

研究実績の概要

経頭蓋集束超音波刺激を用いて、深部脳活動をコントロールした際の記憶パフォーマンスを検証することで、ヒトにおける記憶脳回路の因果的役割を解明する。(1)脳深部の内因性脳活動の位相にあわせた刺激が可能か、(2)刺激の効果範囲を十分に限定できるか、といった技術的課題をクリアするために、サルを対象に、経頭蓋集束超音波刺激の効果を経頭蓋と頭蓋内の両方の脳活動を同時計測して比較することにより検証する。本年度はヒトを被験者として経頭蓋交流電流刺激を用いた実験を継続し、実験条件のデータ収集を完了した。現在、コントロール条件のデータ収集を継続している。予備的解析は良好であり、記憶固定における睡眠徐派位相依存的な電流刺激効果が認められている。この結果は、本研究の仮説である、刺激効果の周波数位相依存性を示唆するものである。また、サルを用いた経頭蓋集束超音波刺激のシステムの整備を開始した。さらに、ラットを用いた予備的試験も開始し、電流刺激と超音波刺激の刺激特性の比較検討を進めている。

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

ヒトを対象とした電流刺激実験では、睡眠時徐波活動に対する同位相刺激に比べて逆位相刺激の方が、睡眠後の記憶成績がより低下するという行動学上の効果を確認した。ヒトを対象とした超音波刺激実験も開始している。
サルに適応する前の予備的試験として、ラットを対象とした超音波刺激実験を進めている。

今後の研究の推進方策

ヒトを対象とした研究では、交流電流刺激の結果を論文としてまとめる。また、超音波刺激実験のデータ収集を継続する。ラットを用いた超音波刺激の予備実験が終了し次第、サルを対象とした超音波刺激実験を開始する。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 審査結果の所見   実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Neural signatures of human psychological resilience driven by acute stress2024

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Noriya、Yoshida Shinichi、Keerativittayayut Ruedeerat、Takeda Masaki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: NA

    • DOI

      10.1101/2024.03.24.586503

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Multimodal deep neural decoding reveals highly resolved spatiotemporal profile of visual object representation in humans2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Shimane. D., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: - ページ: 120164-120164

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2023.120164

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] The Stroop effect involves an excitatory?inhibitory fronto-cerebellar loop2023

    • 著者名/発表者名
      Okayasu Moe、Inukai Tensei、Tanaka Daiki、Tsumura Kaho、Shintaki Reiko、Takeda Masaki、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 27-27

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35397-w

    • 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] Neurophysiological dynamics for psychological resilience: A view from the temporal axis2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Noriya、Takeda Masaki
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 175 ページ: 53-61

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.11.004

    • 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
  • [雑誌論文] Executive control by fronto-parietal activity explains counterintuitive decision behavior in complex value-based decision-making2022

    • 著者名/発表者名
      Matsui Teppei、Hattori Yoshiki、Tsumura Kaho、Aoki Ryuta、Takeda Masaki、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 249 ページ: 118892-118892

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2022.118892

    • 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
  • [雑誌論文] An excitatory-inhibitory fronto-cerebellar loop resolves the Stroop effect2022

    • 著者名/発表者名
      Okayasu Moe、Inukai Tensei、Tanaka Daiki、Tsumura Kaho、Hosono Maho、Shintaki Reiko、Takeda Masaki、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2022.01.18.476551

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-modal deep neural decoding of visual object representation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Noriya、Miyoshi Kosuke、Jimura Koji、Shimane Daisuke、Keerativittayayut Ruedeerat、Nakahara Kiyoshi、Takeda Masaki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: 487262-487262

    • DOI

      10.1101/2022.04.06.487262

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Reversible Fronto-occipitotemporal Signaling Complements Task Encoding and Switching under Ambiguous Cues2021

    • 著者名/発表者名
      Tsumura Kaho、Kosugi Keita、Hattori Yoshiki、Aoki Ryuta、Takeda Masaki、Chikazoe Junichi、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 32 号: 9 ページ: 1911-1931

    • DOI

      10.1093/cercor/bhab324

    • 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] Perceptual uncertainty alternates top-down and bottom-up fronto-temporal network signaling during response inhibition2021

    • 著者名/発表者名
      Tsumura Kaho、Shintaki Reiko、Takeda Masaki、Chikazoe Junichi、Nakahara Kiyoshi、Jimura Koji
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2021.12.27.474302

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Spatiotemporal neural characteristics of human psychological resilience measured by simultaneous fMRI-EEG recordings.2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Yoshida, S., Keerativittayayut, R., Takeda, M.
    • 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] Intrinsic neural timescales in frontotemporal regions do not alter in the lighter sleep stages.2023

    • 著者名/発表者名
      Takeda, A., Shimane, D., Hu, C., Kadota, H., Takeda, M., Nakahara, K.
    • 学会等名
      Neuro2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-pooling 3D convolutional neural network for fMRI classification of visual brain states.2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang, Z., Takeda, M., Iwata, M.
    • 学会等名
      IEEE CAI
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial profile of representation of visual categories revealed by fMRIdeep neural decoding.2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
    • 学会等名
      OHBM2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep neural decoding in fMRI reveals visual categorical representation in humans.2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Individual differences in psychological resilience are revealed by the dynamics of the resting-state functional network driven by an acute stress experience.2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep neural decoding of concurrent fMRI-EEG reveals visual categorical representation in humans.2022

    • 著者名/発表者名
      Takeda, M., Miyoshi, K., Jimura, K., Shimane, D., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Watanabe, N.
    • 学会等名
      JHBI2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal profile of representation of visual categories revealed by concurrent fMRI-EEG deep neural decoding in humans.2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, N., Miyoshi, K., Jimura, K., Shimane, D., Keerativittayayut, R., Nakahara, K., & Takeda, M.
    • 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] Spatial profile of representation of visual categories revealed by fMRI deep neural decoding2022

    • 著者名/発表者名
      Noriya Watanabe, Kosuke Miyoshi, Koji Jimura, Ruedeerat Keerativittayayut, Kiyoshi Nakahara, Masaki Takeda
    • 学会等名
      OHBM2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Deep neural decoding in fMRI reveals visual categorical representation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Takeda, Kosuke Miyoshi, Koji Jimura, Ruedeerat Keerativittayayut, Kiyoshi Nakahara, Noriya Watanabe
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-12-25  

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