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脳損傷後に大脳両半球で生じる適応機構

公募研究

研究領域身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解
研究課題/領域番号 20H05490
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
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

肥後 範行  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, 研究グループ長 (80357839)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードリハビリテーション / 脳卒中 / 非ヒト霊長類 / 動物モデル / 神経可塑性 / 脳イメージング / fNIRS / マカクサル / 可塑性 / 機能回復 / 脳活動計測 / 組織化学
研究開始時の研究の概要

脳損傷後のリハビリテーションによる機能回復の背景にある脳の変化に着目する。これまでの研究により、脳損傷後の運動機能回復の背景として、損傷周囲の領野による機能の代償があることが明らかになっている。一方、大規模な脳の損傷を受けた後の機能回復の背景には、損傷を受けていない対側半球による機能代償も知られている。ただし、脳が “損傷同側半球による機能代償”と、“対側半球による機能代償”の適応戦略を選択するメカニズムと、その背景にある構造変化は充分に明らかになっていない。そこで本研究課題では脳損傷後の機能代償半球を決定づける損傷の要因を明らかにするとともに、機能代償の基盤となる脳の構造変化を解明する。

研究実績の概要

以前確立した脳卒中の好発部位であり運動出力に密接に関係する皮質下の内包後脚に脳卒中を有する脳卒中マカクサルモデルを活用し、機能的近赤外分光分析法(fNIRS : functional near-infrared spectroscopy)を用いて脳卒中前後の運動皮質の活動を計測した。健常時は把握動作の遂行に伴って第一次運動野の手領域の活動上昇が見られたのに対して、運動機能回復時には運動前野腹側部の活動上昇が見られた。内包後脚の梗塞が小さい個体では梗塞を作製した半球と同側の運動前野腹側部の活動が上昇したのに対し、梗塞が大きい個体では対側半球運動前野腹側部の活動上昇が見られた。また活動上昇か見られた領域ではオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの対称性が崩れオキシヘモグロビンの立ち上がりが早くなるなど健常脳では見られないようなfNIRSシグナルの特徴が観察された。fNIRSは核磁気共鳴画像装置(MRI)と比べて安価であり身体を拘束せず運動中の脳活動計測が可能であるためリハビリ中の脳活動計測に適している。一方、その計測原理から脳表面の活動のみしか計測できないというデメリットがある。この問題を解決するためDiffuse optical tomography (DOT)をfNIRS計測データに適用し、血流動態変化の3次元画像推定を試みた。随意運動遂行中の健常マカクサルにおいて、DOTによる解析から脳溝の中を含む運動関連大脳皮質領野の活動が推定され、その時間及び空間的変化はこれまでに知られている生理学的知見とも一致していた。本手法による解析をfNIRSから得られたデータに用いることで、脳卒中後の機能回復過程で生じる脳活動変化をより詳細に同定できると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] 脳卒中後疼痛の脳内メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      肥後範行
    • 雑誌名

      Precision Medicine

      巻: 5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Diffuse Optical Tomography Using fNIRS Signals Measured from the Skull Surface of the Macaque Monkey2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Ryusuke、Yamashita Okito、Yamada Toru、Kawaguchi Hiroshi、Higo Noriyuki
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex Communications

      巻: 3 号: 1 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1093/texcom/tgab064

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-human Primate Models to Explore the Adaptive Mechanisms After Stroke2021

    • 著者名/発表者名
      Higo Noriyuki
    • 雑誌名

      Frontiers in Systems Neuroscience

      巻: 15 ページ: 1-8

    • DOI

      10.3389/fnsys.2021.760311

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Plastic Changes of Cortical Gray Matter Revealed by Voxel-Based Morphometry and Histological Analyses in a Monkey Model of Central Post-Stroke Pain2021

    • 著者名/発表者名
      Nagasaka Kazuaki、Nemoto Kiyotaka、Takashima Ichiro、Bando Daigo、Matsuda Keiji、Higo Noriyuki
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 31 号: 10 ページ: 4439-4449

    • DOI

      10.1093/cercor/bhab098

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time- and area-dependent macrophage/microglial responses after focal infarction of the macaque internal capsule2020

    • 著者名/発表者名
      Kato Junpei、Murata Yumi、Takashima Ichiro、Higo Noriyuki
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 350-359

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.12.001

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 脳卒中後疼痛モデル動物を用いた疼痛発生メカニズム解明2020

    • 著者名/発表者名
      肥後範行
    • 雑誌名

      ペインクリニック別冊春号

      巻: 41 ページ: 45-50

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 運動における神経系の役割2020

    • 著者名/発表者名
      肥後範行
    • 雑誌名

      ディサースリア臨床研究

      巻: 10 ページ: 9-15

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Structural plastic changes of gray matter assessed by voxel-based morphometry and histological analysis of dendritic arborization after internal capsular infarcts in macaque monkeys2021

    • 著者名/発表者名
      松田滉平、長坂和明、加藤隼平、肥後範行
    • 学会等名
      第98回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マカクサル内包梗塞モデルにおけるミクログリア/マクロファージの経時的および領域的発現量変化2020

    • 著者名/発表者名
      加藤隼平、村田弓、肥後範行
    • 学会等名
      第25回日本基礎理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非ヒト霊長類におけるH波計測と麻酔による影響2020

    • 著者名/発表者名
      阿左見 祐二、山本竜也、肥後範行
    • 学会等名
      第25回日本基礎理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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