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種差を克服した脳機能マッピング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K19464
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

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)

研究分担者 疋島 啓吾  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (30420219)
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)
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)
植松 朗  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 (90716242)
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
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード解剖学的結合 / 拡散強調画像 / 機能的結合 / マカクサル / 人 / マウス / ヒト / MRI / DTI / functional connectivity / functional MRI / diffusion tensor imaging / functional blueprint / トランスレーショナル / fMRI
研究開始時の研究の概要

安静時機能的MRI(fMRI)と拡散テンソル画像を用いることで、全脳の機能的結合および解剖学的ネットワークをヒト・動物モデルで計測可能になっている。しかし、動物モデルでのfMRIを臨床研究に結び付けた研究は少ない。これは、動物とヒトでは脳の構造が異なるため、脳機能ネットワークの比較が難しいからである。そこで本研究では、解剖学的結合と機能的結合の情報をマッピングした「functional blueprint」を開発し、種差を克服して機能的結合をヒトとモデル動物で比較可能にする。

研究実績の概要

異なる種間の脳構造を比較可能にするため、FSL、MRTRIX3、Free Surferを中心とした解析パイプラインの構築を行い、自作の高分解能のマカクサルのfMRI、DTI画像を取得し、ヒトと同様のパイプラインを構築して解析することに成功した。マカクサルの白質抽出は既存のプログラムが存在しないため、新たにプログラム作成を行い、ヒトと同様に白質を抽出することに成功した。脳全体で1億本の解剖学的結合を推定した。今年度は、昨年度に作成したマカクサル専用8チャンネルコイルを用いて、拡散強調画像および安静時fMRI計測を行った。白質構造による種差を明らかにするため、解剖学的結合をヒトとマカクサルで計算し、各関心領域間の機能的結合について比較した。ヒトとマカクサルとでは、各領域の細かい関心領域において機能の類似性が異なるものもあるので、先行研究を参考に独自に作成した共通の機能をもつ関心領域マップを作成し、その領域間の解剖学的結合を比較した。その結果、側頭葉からの解剖学的結合が最も異なることが分かった。ヒトとマカクサルの個体差についても解剖学的結合から検証した。その結果、解剖学的結合は、0.9前後の相動性があり(最大は1)、神経投射の構造は個体間で相動性が高いことがわかった。一方、機能的結合に関しては、0.4以下の相動性であり、個体間のバラツキが大きかった。マウス脳についてはDTI計測を行っているところである。
本研究成果は、種差を脳科学的に明らかにする重要な成果であり、直ちに論文発表を行う。

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

人とマカクサルの種差に関する研究成果は論文投稿中でおおむね順調に進展している。マウスに関してはデータを取得中で、来年度には論文投稿までできる見通しである。

今後の研究の推進方策

今後は、解剖学的結合に機能的結合を加え、機能と構造の両面から種差を明らかにする。

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

    (32件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 17件、 招待講演 6件)

  • [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] 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] Micro-magnetic resonance imaging of ex vivo mouse embryos with potato starch suspension2023

    • 著者名/発表者名
      Tsurugizawa Tomokazu、Kumamoto Takuma、Yoshioka Yoshichika
    • 雑誌名

      STAR Protocols

      巻: 4 号: 3 ページ: 102483-102483

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2023.102483

    • 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] Utilization of potato starch suspension for MR-microimaging in ex vivo mouse embryos2022

    • 著者名/発表者名
      Tsurugizawa Tomokazu、Kumamoto Takuma、Yoshioka Yoshichika
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 12 ページ: 105694-105694

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.105694

    • 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] 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] 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
  • [雑誌論文] Potential of Multiscale Astrocyte Imaging for Revealing Mechanisms Underlying Neurodevelopmental Disorders2021

    • 著者名/発表者名
      Kumamoto Takuma、Tsurugizawa Tomokazu
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 19 ページ: 10312-10312

    • DOI

      10.3390/ijms221910312

    • 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] Intra-species variability and inter-species similarity in the neuronal connectivity in humans and macaque monkeys2024

    • 著者名/発表者名
      大内 和哉,吉丸 大輔,竹村 文,肥後 範行,山本 慎也,林 隆介,菅生 康子,釣木澤 朋和
    • 学会等名
      武田財団 薬科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The feasibility of zero-echo time (ZTE) pulse sequence for functional MRI2024

    • 著者名/発表者名
      今村 彩子,荒木 力太,高橋 由加里,宮竹 功一,加藤 総夫,本城 咲子,釣木澤 朋和
    • 学会等名
      武田財団 薬科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] げっ歯類モデルによるトランスレーショナルfMRI2023

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒトとマカクサルにおける脳の類似性について2023

    • 著者名/発表者名
      大内 和哉,吉丸 大輔,菅生 康子,釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Functional and anatomical imaging of pathological/aged brain through the water molecule2023

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      NEURO2024
    • 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] 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
      NEURO2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [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
      NEURO2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparison of the similarity of functional and structural connectivity among individuals in monkeys and humans2023

    • 著者名/発表者名
      大内 和哉,菅生 康子,釣木澤 朋和
    • 学会等名
      NEURO2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The zero-echo time (ZTE) pulse sequence enables artifact-free EEG-fMRI in mice2023

    • 著者名/発表者名
      今村 彩子,荒木 力太,高橋 由加里,Koichi Miyatake,加藤 総夫,本城 咲子,釣木澤 朋和
    • 学会等名
      ISMRM2023
    • 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 artifacts and background signals in ex vivo mouse embryo MRI by potato starch suspension2023

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和,隈元 拓馬,吉岡 芳親
    • 学会等名
      ISMRM2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Research of the functional network in the brain using Magnetic Resonance Imaging2023

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      Bruker ISMRM Scientific Workshop
    • 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] 無麻酔マウスfMRI法による自閉症モデルマウスの脳内ネットワ-ク解析2023

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日仏生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamic change of functional network from awaked state to light anesthetized state in mice2022

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      第50回 日本磁気共鳴医学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Functional brain network is altered by ingested nutrients and nutrient conditions in the body2022

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      第56回 味と匂学会
    • 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] 自閉症モデルマウスの脳機能解明に向けた無麻酔fMRI法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和
    • 学会等名
      日本脳科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] High-resolution multimodal imaging of the embryonic and neonatal mouse2022

    • 著者名/発表者名
      Tsurugizawa Tomokazu、Kumamoto Takuma、Yoshioka Yoshichika
    • 学会等名
      2022 ISMRM & ISMRT 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] Functional connectivity and additional factors measured by MRI in aged mice2022

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和、領家 梨絵、川島 隆太
    • 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] Brain-wide and high-resolution mapping of resting-state networks in awake mice using functional ultrasound imaging2022

    • 著者名/発表者名
      疋島 啓吾、釣木澤 朋和、笠原 和美、高木 亮、葭仲 潔、新田 尚隆
    • 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] Regional and temporal characteristics of the Negative BOLD response during hand grasp task2022

    • 著者名/発表者名
      笠原 和美、釣木澤 朋和
    • 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] Whole brain neural connectivity in the Rett syndrome model marmoset with MECP2 gene deletion2022

    • 著者名/発表者名
      吉丸 大輔、岸 憲幸、畑 純一、釣木澤 朋和、羽賀 柔、岡野 ジェイムス洋尚、岡野 栄之
    • 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] Connectome changes associated with whole-body exercise in cerebral palsy animal model2022

    • 著者名/発表者名
      後藤 太一、釣木澤 朋和、小牧 裕司、髙島 一郎、九里 信夫
    • 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] High-resolution multimodal imaging of the embryonic and neonatal mouse2022

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Tsurugizawa, Takuma Kumamoto, Daisuke Yoshimaru, Yoshichika Yoshioka
    • 学会等名
      ISMRM2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [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] Impact of anesthesia on static and dynamic functional network in mice2021

    • 著者名/発表者名
      釣木澤 朋和、吉丸 大輔
    • 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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