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興奮性と抑制性の両方の神経活動を検出する新しいfMRI解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K19463
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分52:内科学一般およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

笠原 和美 (疋島和美)  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (30706164)

研究分担者 釣木澤 朋和  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10716210)
阿部 十也  国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 脳病態統合イメージングセンター, 部長 (60588515)
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
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードnegative BOLD / fMRI / MRI / 神経活動抑制 / デフォルトモードネットワーク / 脳波
研究開始時の研究の概要

機能的磁気共鳴画像は、非侵襲的に全脳の活動を観測できるため、神経科学研究のツールとして世界中で利用されている。一方この手法は、神経興奮という神経活動の一側面しか反映しておらず、神経抑制は考慮していない。そこで本研究は、脳活動の電位変化を計測する脳波と機能的磁気共鳴画像を組み合わせることで、神経興奮と神経抑制という神経活動の両側面を検出できる新しい機能的磁気共鳴画像の解析手法を開発する。

研究実績の概要

神経活動には、興奮性と抑制性の活動があり、どちらも生体にとって重要な役割を担う。機能的磁気共鳴画像(fMRI; functional Magnetic ResonanceImaging)は、非侵襲的に全脳の活動を観測できるため、神経科学研究のツールとして世界中で利用されている一方、この手法は興奮性の活動のみを想定し、解析ツールの計算方法が定義されている。そこで本研究は、脳活動の電位変化を計測する脳波とfMRIを計測し、fMRIで計測される「負の値」と脳波で計測される「抑制性の神経活動」の関係を解明することで、fMRIによって興奮性と抑制性の両方の神経活動を検出できる新しい手法を開発する。
本年度までに、fMRIと脳波の両方の方法で課題時間や休止時間の異なる複数条件について計測し、fMRIで計測される負の値の領域特性と時間特性をfMRIと脳波を組み合わせることによって明らかにした。本項目は、正負の信号のピーク値に関して追加解析を行ったため、次年度中にあたらめて論文を投稿する。同時に計測を行った記憶課題の正負信号およびネットワークについても論文が2件採択された。学習課題中の脳活動およびネットワークについても正負の信号解析を行い、今年度投稿し2回目の改訂版を送ったところであり、次年度の掲載を目指す。計画していた動物実験についても、超音波計測を追加し、正負の神経活動信号を無事取得できた。

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

初年度から今年度まで実験や解析を前倒して実施しており、計画は順調に実施でき、関連研究が複数発表できた。本課題において最も主要な論文がリバイス中であり、論文掲載費用のための1年延長である。

今後の研究の推進方策

次年度は、リバイス中の論文の採択および準備中の論文の投稿を行う。

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

    (19件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Comparison of local activation, functional connectivity, and structural connectivity in the N-back Task2023

    • 著者名/発表者名
      Takatoshi Satake, Ai Taki, Kazumi Kasahara, Daisuke Yoshimaru, Tomokazu Tsurugizawa
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 18 ページ: 1337976-1337976

    • DOI

      10.3389/fnins.2024.1337976

    • 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] Increased interhemispheric functional connectivity during non-dominant hand movement in right-handed subjects2023

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa, Ai Taki, Andrew Zalesky, Kazumi Kasahara
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 (9) 号: 9 ページ: 107592-107592

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.107592

    • 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] Brain-wide mapping of resting-state networks in mice using high-frame rate functional ultrasound2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Hikishima, Tomokazu Tsurugizawa, Kazumi Kasahara, Ryo Takagi, Kiyoshi Yoshinaka, Naotaka Nitta
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 279 ページ: 120297-120297

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2023.120297

    • 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] Functional ultrasound reveals effects of MRI acoustic noise on brain function2023

    • 著者名/発表者名
      Keigo Hikishima, Tomokazu Tsurugizawa, Kazumi Kasahara, Ryusuke Hayashi, Ryo Takagi, Kiyoshi Yoshinaka, Naotaka Nitta
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 281 ページ: 120382-120382

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2023.120382

    • 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] Translational Magnetic Resonance Imaging in Autism Spectrum Disorder From the Mouse Model to Human2022

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 16 ページ: 872036-872036

    • DOI

      10.3389/fnins.2022.872036

    • 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] Effects of transcranial direct current stimulation in brain-computer interface2021

    • 著者名/発表者名
      Kazumi Kasahara、Tatsuhiro Nakamura、Kazumaza Uehara、Yousuke Ogata、Kenji Doya、Takashi Hanakawa
    • 雑誌名

      Proceedings of 2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech)

      巻: - ページ: 462-464

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Correlation of negative and positive BOLD signal change in the cerebral cortex by somatosensory stimulation in mice2021

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa、Boucif Djemai、Kazumi Kasahara
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of anesthesia on static and dynamic functional connectivity in mice2021

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa、Daisuke Yoshimaru
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 241 ページ: 118413-118413

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2021.118413

    • 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] Effects of dual warning stimuli on brain function during the response2023

    • 著者名/発表者名
      佐竹 章敏, 笠原 和美, 瀧 愛, 釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本生理学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of warning-target interval on the brain activity in reaction task2023

    • 著者名/発表者名
      佐竹 章敏, 笠原 和美, 瀧 愛, 釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Increased functional connectivity during n-back test depends on the difficulty of task2023

    • 著者名/発表者名
      瀧 愛, 笠原 和美, 釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Temporal shifts in the brain-wide network associated with the learning of new motor skills2023

    • 著者名/発表者名
      笠原 和美, 疋島啓吾, 仲田真理子, 釣木澤 朋和, 肥後範行, 銅谷賢治
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Regional and temporal characteristics of the Negative BOLD response during hand grasp task2022

    • 著者名/発表者名
      Kazumi Kasahara, Tomokazu Tsurugizawa
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Brain-wide and high-resolution mapping of resting-state networks in awake mice using functional ultrasound imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Keigo Hikishima, Tomokazu Tsurugizawa, Kazumi Kasahara, Ryo Takagi, Kiyoshi Yoshinaka, Naotaka Nitta
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Functional connectivity and additional factors measured by MRI in aged mic2022

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa, Rie Ryouke, Ryuta Kawashima
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] BCI制御に関わる神経基盤のマルチモーダル計測2022

    • 著者名/発表者名
      花川隆、笠原和美
    • 学会等名
      第32 回実社会におけるマルチモーダル脳情報応用技術研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Correlation of negative and positive BOLD signal change in the cerebral cortex by somatosensory stimulation in mice2021

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa、Boucif Djemai、Kazumi Kasahara
    • 学会等名
      ISMRM Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of anesthesia on static and dynamic functional network in mice2021

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa、Daisuke Yoshimaru
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 橋渡し研究を目指した高磁場小動物 MRI による脳機能計測2021

    • 著者名/発表者名
      釣木澤朋和
    • 学会等名
      NMRマイクロイメージング研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-12-25  

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