呼吸法の動物モデル確立とその意志動力学への応用

• 研究領域: 「意志動力学（ウィルダイナミクス）の創成と推進」に関する総合的研究
• 研究課題/領域番号: 19H05010
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 高雄 啓三 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (80420397)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 環境生理学 / 実験系心理学 / 呼吸 / 瞑想 / オペラント条件付け / オペラント学習 / 実験心理学 / マウス

研究開始時の研究の概要

意志力を強化させうる東洋の伝統的な瞑想・訓練法の中心にある深い呼吸、すなわち低速度の呼吸法について、動物モデルを活用してその生物学的意義を明らかにし、意志力の神経メカニズムの解明に迫る。本研究では、伝統的訓練法の核をなす呼吸法をマウスが実行できるシステムを作製し、呼吸法が意志力に与える影響を解析し、意志力の調節モデルを確立する。前回の公募研究の中で、マウスの呼吸速度を自由行動下に測定するシステムを立ち上げ、意志に関わる行動異常を示すマウス系統で呼吸パターンの異常を見出している。本研究ではそれらのマウスの意志力の回復も目指す。

研究実績の概要

ヨーガや武道、瞑想法などでは身体技法とともにこころの操作技法が重要とされている。その操作の基本訓練としてさまざざまな伝統的訓練法には呼吸法によるトレーニングが取り入れられている。本研究は、ヨーガや武道、瞑想法などで見られる伝統的なこころの訓練法の核をなす呼吸法についてマウスが実行できるシステムを構築し、呼吸法が意志力に与える影響を解析できるようなモデルを確立することを目的とした。
これまでに非拘束でマウスの呼吸数をモニタするシステムを立ち上げ、得られたデータをリアルタイムで解析し、マウスの呼吸の速度に応じて環境刺激をフィードバックループで与えることで、マウスに人為的に設定した速度で呼吸するよう訓練するシステムを開発した。野生型マウスに対してこのフィードバックループを用いた訓練を行ったところ、呼吸波形の波成分のうち速い成分が減少し、遅い成分が増加した。フィードバックループをさせないマウスと比較するとフィードバックループによる訓練を受けたマウスは有意に遅い呼吸を示すことが明らかとなった。
自律的に調整される呼吸を動物で人為的に調整することは困難であったが、環境刺激をフィードバックループすることで呼吸操作についてのオペラント学習が成立し、人為的に遅い呼吸を誘導することができたと考えられる。
今後、この呼吸法訓練を受けたマウスについて行動様式の変化を解析し、ヨーガや武道、瞑想法などでのこころの訓練との類似度を解析し、呼吸法のモデルとしての妥当性を検討していく。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Mice with mutations in Trpm1, a gene in the locus of 15q13.3 microdeletion syndrome, display pronounced hyperactivity and decreased anxiety-like behavior (2021)
  • 著者名/発表者名: Hori Tesshu、Ikuta Shohei、Hattori Satoko、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Koike Chieko
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 14：61 号: 1 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00749-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H, Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S, Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S, Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H & Fukai S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12(1) 号: 1 ページ: 1848-1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • NAID: 120006996978
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heterogeneity of microglial proton channel in different brain regions and its relationship with aging. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai T,Takao K,Akter S,Abe M,Sakimura K,Miyakawa T,Okamura Y
  • 雑誌名: J Neurochem. 巻: - 号: 3 ページ: 624-641
  • DOI: 10.1111/jnc.15292
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vascular PDGFR-alpha protects against BBB dysfunction after stroke in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen QL, Okuno N, Hamashima T, Dang ST, Fujikawa M, Ishii Y, Enomoto A, Maki T, Nguyen HN, Nguyen VT, Fujimori T, Mori H, Andrae J, Betsholtz C, Takao K, Yamamoto S, Sasahara M.
  • 雑誌名: Angiogenesis 巻: 24(1) ページ: 35-46
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Maternal dietary imbalance between omega-6 and omega-3 fatty acids triggers the offspring’s overeating in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakayori N, Katakura M, Hamazaki K, Higuchi O, Fujii K, Fukabori R, Iguchi Y, Setogawa S, Takao K, Miyazawa T, Arita M, & Kobayashi K
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01209-4
  • NAID: 120007169782
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature elevation in tissue detected in vivo based on statistical analysis of ultrasonic scattered echoes (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Michio、Sakai Toshihiko、Andocs Gabor、Takao Keizo、Nagaoka Ryo、Hasegawa Hideyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 9030-9030
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65562-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nasal vaccine delivery attenuates brain pathology and cognitive impairment in tauopathy model mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Hiroki、Imamura Keiko、Ji Bin、Tsukita Kayoko、Enami Takako、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Hasegawa Masato、Sahara Naruhiko、Iwata Nobuhisa、Inoue Makoto、Hara Hideo、Tabira Takeshi、Ono Maiko、Trojanowski John Q.、Lee Virginia M.-Y.、Takahashi Ryosuke、Suhara Tetsuya、Higuchi Makoto、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: npj Vaccines 巻: 5 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41541-020-0172-y
  • NAID: 120006817588
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GluD1 knockout mice with a pure C57BL/6N background show impaired fear memory, social interaction, and enhanced depressive-like behavior (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Chihiro、Kawamura Meiko、Nakatsukasa Ena、Natsume Rie、Takao Keizo、Watanabe Masahiko、Abe Manabu、Takeuchi Tomonori、Sakimura Kenji
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 2 ページ: 0229288-0229288
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0229288
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive behavioral analysis of heterozygous Syngap1 knockout mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Ryuichi、Takao Keizo、Hattori Satoko、Shoji Hirotaka、Komiyama Noboru H.、Grant Seth G. N.、Miyakawa Tsuyoshi
  • 雑誌名: Neuropsychopharmacology Reports 巻: 39 号: 3 ページ: 223-237
  • DOI: 10.1002/npr2.12073
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive behavioral analysis of mice repeatedly treated with propofol. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii K, Otofuji H, Nakamura Y, Koshidaka Y, Adachi M., Sasakawa E, Darwish M, Takao K.
  • 雑誌名: Translational and Regulatory Sciences 巻: 1(2)
  • NAID: 130007753982
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-resolution MR image by high precision signal analysis method for accurately analyze complex signals (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Masaya、Juanda Ruha Ahmad Naif Syaihan B.、Hirobayashi Kanna、Fuji Kazuki、Takao Keizo、Noguchi Kyo、Hirobayashi Shigeki
  • 雑誌名: Imaging, Manipulation, and Analysis of Biomolecules, Cells, and Tissues 巻: 10881 ページ: 52-52
  • DOI: 10.1117/12.2509050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マウスにおけるゲノム編集と行動解析を起点とした『こころ』の研究. (2021)
  • 著者名/発表者名: 高雄啓三
  • 学会等名: 公益社団法人日本心理学会若手の会 異分野間恊働懇話会 2021
  • 招待講演
• [学会発表] ダウン症モデルマウスの大脳新皮質において発生異常が引き起こされる分子メカニズム． (2020)
  • 著者名/発表者名: 倉林伸博，高雄啓三
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 超音波散乱波統計解析による癌温熱治療中の腫瘍組織 内温度 上昇の非侵襲測定. (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内道雄，坂井俊彦，Andocs Gabor，高仲強，高将司，山下国子，川原昌宏，野尻智子，田中麻 香，則島あずさ， 尾本吉隆，大村眞朗，長岡亮，高雄啓三，長谷川英之．
  • 学会等名: 第４１回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
• [学会発表] 非調和解析（ＮＨＡ）を用いたマウス呼吸の時間周 波数解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 淺野雄輝，藤井一希，長谷川昌也，廣林茂樹，高雄啓三．
  • 学会等名: 第67回日本実験動物学会総会
• [学会発表] 共母体免疫活性化は胎児の脳における Ptprd 遺伝子微小 エクソン選択調節を撹乱する． (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤村耕平，仙道水月，藤井一希，吉田知之，高雄啓三．
  • 学会等名: 第67回日本実験動物学会総会
• [学会発表] ラジオ波加熱されたラット腫瘍内の超 音波散乱波統計波の統計解析による温度変化測定． (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内 道雄，坂井 俊彦，Andocs Gabor, 高雄 啓三，長岡 亮，長谷川 英之．
  • 学会等名: 日本超音波医学会第93回学術集会
• [学会発表] 超音波エコー振幅分布モデルへの整合誤差の評価による散乱体密度推定精度の向上 (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾本吉隆，長谷川英之，長岡 亮，竹内道雄，坂井俊彦，Gabor Andocs, 高雄啓三
  • 学会等名: 日本音響学会 2020年春季研究発表会
• [学会発表] マウスにおけるゲノム編集と行動解析を起点とした精神疾患研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高雄啓三
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 超音波散乱波統計解析によるラジオ波加熱されたラット腫瘍組織内温度上昇の非侵襲測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内 道雄, 坂井 俊彦, Andocs Gabor, 高雄 啓三，長岡 亮，長谷川 英之
  • 学会等名: 第40回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
• [学会発表] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii K, Koshidaka Y, Adachi M, Yanagibashi Y, Matsuo M, Nishizono H, Aizawa Y, & Takao K
  • 学会等名: 49th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Increased social interaction and anxiety-like behaviors in FLRT2 deficient mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi S, Eto F, Shinoda Y, Ogawa S, Yao I, Takao K, Miyakawa T, & Sato K
  • 学会等名: 49th Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao K, Fujii K, Koshidaka Y, Adachi M, Yanagibashi Y, Matsuo M, Nishizono H, & Aizawa Y
  • 学会等名: 18th Annual meeting of MCCS (The Molecular and Cellular Cognition Society) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 新規プロテインキナーゼA（PKA）結合タンパクAkain1 欠損マウスは痛覚感受性低下と類似条件弁別障害を示す (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井一希，腰高由美恵，安達真由美，柳橋裕子，松尾美奈，西園啓文，相澤康則，高雄啓三.
  • 学会等名: 日本心理学会第83回大会
• [学会発表] Mice deficient in Akain1, a novel protein kinase A-binding protein, exhibit decreased pain sensitivity and impaired context discrimination (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii K. Koshidaka Y. Adachi M. Yanagibashi Y. Matsuo M. Nishizono H. Aizawa Y. Takao K.
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
• [学会発表] Comprehensive behavioral analysis of heterozygous SynGap1 knockout mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakajima R, Takao K, Hattori S, Shoji H, Komiyama NH, Grant SGN, Miyakawa T.
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
• [学会発表] Repulsive guidance molecule FLRT2 regulates social behavior. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi S, Eto F, shinoda Y, Ogawa S, Yao I, Takao K, Miyakawa T, Sato K
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
• [学会発表] Investigation into the role of Glra4, a functionally unknown subunit of glycine receptors, in brain function and neurological disorders. (2019)
  • 著者名/発表者名: Darwish M, Endo T, Uno K, Takao K, Nishizono H.
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
• [学会発表] シナプスオーガナイザーPtprd 遺伝子の微小エクソン選択調節の生理的意義 (2019)
  • 著者名/発表者名: 仙道水月, 和泉宏謙, 今井彩子, 高雄啓三, 森 寿, 吉田知之
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部 第37回大会
• [学会発表] 生体の深部加温実験における超音波散乱波の統計的解析による内部温度変化測定. (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内道雄, 坂井俊彦, Andocs Gabor, 高雄啓三，長岡 亮，長谷川英之
  • 学会等名: 日本超音波医学会第92回学術集会
• [学会発表] メラトニン産生能が異なるマウス系統におけるメラトニン投与による行動特性変化の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新山貴仁, 藤村耕平, 藤井一希, 笹川恵理, 腰高由美恵, 安達真由美, 高雄啓三
  • 学会等名: 第66回日本実験動物学会
• [学会発表] 生体の深部加温実験における超音波散乱波の統計的解析による内部温度変化測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内道雄, 坂井俊彦, Andocs Gabor, 高雄啓三，長岡 亮，長谷川英之.
  • 学会等名: 第84回日本温泉気候物理医学会総会・学術集会