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統計的因果探索手法を用いた脳内ネットワーク推定法の構築

公募研究

研究領域データ記述科学の創出と諸分野への横断的展開
研究課題/領域番号 23H04469
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関京都大学

研究代表者

山口 玲欧奈  京都大学, 高等研究院, 特定助教 (50812640)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2024年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード統計的因果探索手法 / LiNGAM / E-I balance / サル / 脊髄損傷
研究開始時の研究の概要

脳内では、興奮性と抑制性神経回路が相互作用しながら、外界からの入力情報を処理している。脊髄損傷からの運動機能回復過程で、健常状態では使用されない神経回路が動員されることが示唆された。興奮性・抑制性神経回路の働きが大きく変化し、機能回復を支える神経回路の再編を引き起こすと考えられる。本研究課題では、脳ビッグデータに対して、統計的因果探索手法を基に、新しい脳内ネットワーク推定法を開発し、機能回復の基盤となる興奮性・抑制性神経回路の働きと相互作用の解明に取り組む。さらに、直接的な回路操作時の神経活動と比較することで、本提案手法で得られるネットワークがどの程度神経活動を反映しているかを明らかにする。

研究実績の概要

本年度では、LiNGAMを用いて高時間解像度の脳活動データに適合するモデルに拡張し、脳内ネットワーク推定法の開発に取り組んだ。まず、健常状態のサルの皮質脳波データからLiNGAMを用いて興奮性・抑制性神経回路を抽出した。さらにLiNGAMで推定できた結合性がどの程度生理学的な応答を反映しているかを検証した。すでに抑制性に働くことが明らかになっている大脳半球間経路を対象とし、ウイルスベクター二重感染法と化学遺伝学的手法を用いて運動前野間の半球間経路を一方向性かつ可逆的に遮断したときの脳活動を記録した。その脳活動データ(把持運動中におけるα帯域)に対してLiNGAMを適用した結果、半球間経路の遮断は興奮性結合を変化させず、抑制性結合のみ減少させることが確認できた。この結果より、本研究課題で用いるLiNGAMで推定される神経回路の結合性は、生理学的な活動を反映していることが明らかになった。

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

本年度では、LiNGAMを実際の脳データに適用し、興奮性・抑制性神経回路を抽出した。さらに選択的回路操作技術を組み合わせることで、LiNGAMで推定される神経回路の結合性は、生理学的な活動を反映していることが明らかになった。

今後の研究の推進方策

今後は本提案手法であるLiNGAMを実際の機能回復過程における脳活動データに適用し、機能回復に関わる興奮性・抑制性神経回路の働きを明らかにする。また、昨年度は把持課題遂行中の脳データを解析対象としたが、興奮性・抑制性神経回路の働きは経時的に変化していると考えられるため、100 msの時間幅を持つSliding windowを20 msずつずらしながら、それぞれの時間帯においてLiNGAMによって各周波数帯域での結合性を算出する。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] How to study subjective experience in an animal model of blindsight?2024

    • 著者名/発表者名
      Yu Xiyao、Yamaguchi Reona、Isa Tadashi
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 201 ページ: 39-45

    • DOI

      10.1016/j.neures.2023.09.001

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Balancing risk-return decisions by manipulating the mesofrontal circuits in primates2024

    • 著者名/発表者名
      Sasaki R., Ohta Y., Onoe H., Yamaguchi R., Miyamoto T., Tokuda T., Tamaki Y., Isa K., Takahashi J., Kobayashi K., Ohta J., Isa T.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 383 号: 6678 ページ: 55-61

    • DOI

      10.1126/science.adj6645

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Protocol for making an animal model of "blindsight" in macaque monkeys.2022

    • 著者名/発表者名
      Takakuwa N, Isa K, Yamaguchi R, Onoe H, Takahashi J, Yoshida M, Isa T
    • 雑誌名

      STAR Protoc

      巻: 4(1) 号: 1 ページ: 101960-101960

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2022.101960

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Supraspinal plasticity of the corticospinal projections after motor recovery from spinal cord injury in macaque monkeys2024

    • 著者名/発表者名
      Satoko Ueno, Reona Yamaguchi, Kaoru Isa, Toshinari Kawasaki, Masahiro Mitsuhashi, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Dexterous Finger Function Recovers Earlier In Spinal Cord Injury Monkeys Injected With The Synthetic Synaptic Organizing Protein CPTX2024

    • 著者名/発表者名
      Stefan Peyda, Reona Yamaguchi, Satoko Ueno, Kaoru Isa, Erika Omae, Kunimichi Suzuki, Veronica Chang, Hiroyuki Sasakura, Keiko Matsuda, Kenta Kobayashi, Kousei Takeuchi, Radu Aricescu, Hirotaka Onoe, Michisuke Yuzaki, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GLOBAL DISINHIBITION ASSOCIATED WITH RECOVERY OF HAND MOVEMENTS AFTER SPINAL CORD INJURY IN MONKEYS2023

    • 著者名/発表者名
      Reona Yamaguchi, Satoko Ueno, Toshinari Kawasaki, Zenas C. Chao, Masahiro Mitsuhashi, Kaoru Isa, Tomohiko Takei, K enta Kobayashi, Jun Takahashi, Hirotaka Onoe, Tadashi Isa
    • 学会等名
      Benzon symposium no. 67
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STATE-DEPENDENT ROLE OF INTERHEMISPHERIC PATHWAY FOR MOTOR RECOVERY IN PRIMATES2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Mitsuhashi, Reona Yamaguchi, Toshinari Kawasaki, SatokoUeno, Kaoru Isa, Hirotaka Onoe, Tadashi Isa
    • 学会等名
      Benzon symposium no. 67
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-hierarchical plasticity of the collaterals from corticospinal tract axons after spinal cord injury in the macaque monkeys2023

    • 著者名/発表者名
      Satoko Ueno, Reona Yamaguchi, Kaoru Isa, Toshinari Kawasaki, Masahiro Mitsuhashi, Tadashi Isa
    • 学会等名
      NEURO2023: The 46th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Deep learning-based quantitative analysis for macaque hand dexterity2023

    • 著者名/発表者名
      Yiping Sun, Reona Yamaguchi, Tadashi Isa
    • 学会等名
      第17回MotorControl研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] 霊長類学の百科事典 = The encyclopedia of primatology2023

    • 著者名/発表者名
      (分担執筆) 伊佐 正, 上野 里子, 山口 玲欧奈
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621308042
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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