| 研究課題/領域番号 |
22K15622
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分51010:基盤脳科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
朴 志勲 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 研究員 (30790836)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 因果解析 / EMG / fMRI / 加齢 / 抑制性ニューロン / 複雑性 / 自己組織化 / スパイクニューラルネットワーク / 計算モデル / 抑制システム / 脳の発達・加齢 / fMRI解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
脳イメージング研究から運動課題中の脳で，課題と関連していない脳領域が抑制され，その抑制の度合いが発達・加齢によって変化することが知られている．本研究では，脳領域の抑制性ニューロンに注目し，局所的な興奮性と抑制性ニューロンの活動の違いが脳の運動機能発達・加齢での抑制システムの変化をもたらすと仮説を立て，計算モデルから検証する．さらに，ヒトの機能MRIデータのネットワーク解析を通じてモデルの妥当性を示し，脳の運動機能発達・加齢の包括的な理解を目的とする．
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| 研究実績の概要 |
本課題では，脳の運動発達や加齢に伴う抑制システムの変化が局所的な興奮と抑制の均衡（E/I）の違いと関連すると仮説を立て，これをスパイクニューラルネットワークを用いた計算モデルから調べることにする．また，ヒトのfMRI(functional MRI)データのネットワーク解析を通じた検証過程を含めて，構成的に理解することを目的とする．当年度は，因果関係，特に負の因果関係に着目し，運動課題中の若年成人と高齢者の脳活動(fMRI)データに対して因果解析を行った．その結果，若年成人では半球間での負の因果関係があるが，高齢者では半球間での因果関係がないことがわかった．この負の因果関係を脳領域間での抑制活動とみなした場合，これらの結果は，高齢者では運動と関係しない脳領域の抑制が弱いため，運動課題での成績が下がった可能性を示唆していると考えられる．また，高齢者ではある筋群の意図的な運動行動が、別の筋群の非意図的な運動を伴うモーターオーバーフロー現象が観測される．その背後にあるメカニズムを探るため，若年成人と高齢者の運動課題中の筋電図(ElectroMyoGraphy: EMG)を計測した．このEMG信号に対し，因果関係を推定し，モーターオーバーフロー現象が運動課題と関連している脳領域から漏れた信号によって引き起こされた可能性を示唆する結果を得た．これらの結果は，局所的なE/I均衡の崩れが領域内の過剰な活動と，領域間での情報伝達を減少させることを示した以前の計算モデルの結果と関連していると考えられる[Park et al., 2023]．
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| 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
昨年，計算モデルを用いて，抑制の減弱が脳領域ないの過剰な活動と脳領域間の情報伝達の低下をもたらす結果を得た [Park et al., 2023]．この研究結果は，計算モデルだけであったが，今回の解析によって，実際のヒト，特に，抑制活動が弱いと考えられる高齢者で，抑制活動の減弱によって領域内での過剰な活動とともに領域間の情報伝達が低下している可能性を確認した．現在，これらの結果を反映した論文を投稿中である．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度，得られた結果を用いて論文化を行う．また，これらの結果を基に，運動機能とE/I均衡の関係性，また，その背後にある神経メカニズムを明らかにするため，身体と結合した計算モデルを作成する．また，工学的な応用として抑制活動を制御することで，多様な課題を行うことが可能な計算モデルを提案する．
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