モチベーションの脳機能イメージング

2018 年度 実績報告書

• 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: 16H06402
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 尾内 康臣 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 教授 (40436978)
• 研究分担者: 植木 美乃 名古屋市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (40467478) ; 大石 直也 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40526878) ; 杉原 玄一 京都大学, 医学研究科, 助教 (70402261)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: モチベーション

研究実績の概要

①モチベーションに関連したPET・MRIイメージング：モチベーションに関連する神経伝達物質であるセロトニン神経系について、セロトニントランスポーターPETリガンドを用いて健常人と神経疾患患者で病態研究を行った。モチベーション課題を用いて精神神経疾患とセロトニンや脳の組織障害を反映するミクログリアの活性化を調べそれらの関係を調べた。さらにtDCS（経頭蓋直流電流刺激法）を用いて脳局所を刺激し、意欲などの意志力と関係する分子機構を調べた。さらに意志力と関連する感情のアンダーマインニング効果の分子メカニズムの研究に着手した。課題fMRIおよび安静時fMRIを用いて、摂食障害における報酬・損失に対する脳活動の評価、健常者における意志力ネットワークの評価を行った。また、安静時fMRIを用いてレム睡眠期行動異常症における運動感覚ネットワークの変容、さらには意志力と辺縁系ループの関連性について検討した。7T-MRI装置を用いた高空間・時間分解能MRIのデータ収集に着手した。
②脳MRIコネクトーム解析技術の開発：機能的MRIコネクトーム解析の精度向上のため、sliding windowを用いた意志力ネットワークの時間的変動を評価する動的ネットワーク解析システムを構築した。また、小さな関心領域の評価に適したコネクトーム解析フレームワークを構築した。
③画像データを用いた機械学習技術の開発：多施設・多MRIスキャナのデータから汎化性を高めるための施設間差除去手法を開発した。また、深層学習を脳イメージングに応用するための基盤を確立し、画像データの信号雑音比を向上する技術開発、高精度セグメンテーション技術、画像から意志力に関連した疾患や心理指標の予測技術などを開発した。

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

①セロトニントランスポーターに結合する11C-DASB-PETおよびMRI-VBMを用いて健常人および摂食障害患者の計測を終了し、その成果を年度末に投稿することができた。また、tDCSの脳刺激研究に関しては、前頭前野へのtDCS刺激により刺激側の腹側線条体でのドパミン放出が上昇することが示され、注意の程度と相関することがわかった。この成果は論文に出版することができた。
②脳MRIコネクトームの精度を向上するための複数の手法を新たに構築し、健常者のインターネット過剰使用と意志力ネットワーク関する知見を論文報告するなど、当初の計画通りに進展している。
③多施設・多スキャナのMRIデータから施設間差の影響を除去することで効果的に統合失調症を層別化しうることを検証できた。さらに、深層学習を用いて複数のMRI解析技術を確立するなど、当初の計画通りに進展している。
上記を鑑み、計画はおおむね順調に進展しているものと判断した。

今後の研究の推進方策

本研究はおおむね順調に行われているため、2019年度も基本的には当初の研究計画に基づいて研究を進める。すなわち、①モチベーションに関連したPET・MRIイメージングに関して、H30年度の疾患（摂食障害と統合失調症）に加え、うつや引きこもりなどの意志力の低下した疾患群の分子メカニズムを明らかにする。また、内発的動機づけに着目したPET・MRI研究を継続して、意志力に関係する意欲やその障害に関連する神経基盤の解明を継続する。②脳MRIコネクトーム解析技術の開発に関して、現在取得中の課題・安静時fMRIやDTIのみならず、新たに収集中の7T-MRIに対しても現在の解析システムを適応し、必要に応じてさらなる改良を加えていく。③画像データを用いた機械学習技術の開発に関して、これまで開発した技術を様々な疾患に応用していくとともに、意志力に関連するバイオマーカー探索のために深層学習を用いた手法開発を継続して行う。

研究成果

• [雑誌論文] Endogenous dopamine release under transcranial direct-current stimulation governs enhanced attention: a study with positron emission tomography (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukai M, Bunai T, Hirosawa T, Kikuchi M, Ito S, Minabe Y, Ouchi Y.
  • 雑誌名: Transl Psychiatry 巻: 9 ページ: 115-125
  • DOI: 10.1038/s41398-019-0443-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Misery perfusion and amyloid deposition in atherosclerotic major cerebral artery disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi H, Kagawa S, Takahashi M, Oishi N, Ono M, Higashi T
  • 雑誌名: NeuroImage: Clinical 巻: 22 ページ: 101762
  • DOI: 10.1016/j.nicl.2019.101762
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neural Correlates of Non-clinical Internet Use in the Motivation Network and its Modulation by Subclinical Autistic Traits (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara H, Yoshimura S, Kobayashi K, Ueno T, Oishi N, Murai T
  • 雑誌名: Front. Hum. Neurosci 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.3389/fnhum.2018.00493
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo depiction of α7 nicotinic receptor loss for cognitive decline in Alzheimer’s disease (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaizumi K, Ouchi Y, Terada T, Yoshikawa E, Kakimoto A, Isobe T, Bunai T, Yokokura Y, Suzuki K, Magata Y
  • 雑誌名: J Alzheimers Dis 巻: 61 ページ: 1355-1365
  • DOI: 10.3233/JAD-170591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuroinflammation following disease modifying therapy in multiple sclerosis A pilot positron emission tomography study (2018)
  • 著者名/発表者名: Bunai T, Terada T, Kono S, Yokokura M, Yoshikawa E, Futatsubashi M, Miyajima H, Ouchi Y
  • 雑誌名: J Neurol Sci 巻: 385 ページ: 30-33
  • DOI: 10.1016/j.jns.2017.12.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Similar neural correlates of planning and execution to inhibit continuing actions (2018)
  • 著者名/発表者名: Omata K, Ito S, Takata Y, Ouchi Y
  • 雑誌名: Front Neurosci 巻: 12 ページ: 951-960
  • DOI: 10.3389/fnins.2018.01024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 18F-FPYBF-2, a new F-18 labelled amyloid imaging PET tracer - First experience in 61 volunteers and 55 patients with dementia - (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashi T, Nishii R, Kagawa S, Kishibe Y, Takahashi M, Okina T, Suzuki N, Hasegawa H, Nagahama Y, Ishizu K, Oishi N, Kimura H, Watanabe H, Ono M, Saji H, Yamauchi H.
  • 雑誌名: Ann Nucl Med 巻: 32 ページ: 206-216
  • DOI: 10.1007/s12149-018-1236-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 8F-FPYBF-2, a new F-18 labelled amyloid imaging PET tracer - Biodistribution and radiation dosimetry assessment of first-in-man 18F-FPYBF-2 PET imaging - (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishii R, Higashi T, Kagawa S, Okuyama C, Kishibe Y, Takahashi M, Okina T, Suzuki N, Hasegawa H, Nagahama Y, Ishizu K, Oishi N, Kimura H, Watanabe H, Ono M, Saji H, Yamauchi H.
  • 雑誌名: Ann Nucl Med 巻: 32 ページ: 256-263
  • DOI: 10.1007/s12149-018-1240-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sex-specific regional grey matter volume correlates of daily activities (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueno T, Oishi N, Murai T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 9935
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28252-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Montreal Cognitive Assessment Score Correlates with Regional Cerebral Blood Flow in Post-stroke Patients (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaoku Y, Oishi N, Hase Y, Hase M, Saito S, Mitsueda T, Matsui M, Toyoda K, Nagatsuka K, Kalaria RN, Fukuyama H, Ihara M, Takahashi R
  • 雑誌名: Clin Neurol Neurosurg 巻: 174 ページ: 68-74
  • DOI: 10.1016/j.clineuro.2018.09.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous infrared thermal imaging and laser speckle imaging of brain temperature and cerebral blood flow in rats (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Oishi N, Fukuyama H
  • 雑誌名: J Biomed Opt 巻: 24 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1117/1.JBO.24.3.031014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of physical state on pain mediated through emotional health in rheumatoid arthritis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakagami Y, Sugihara G, Takei N, Fujii T, Hashimoto M, Murakami K, Furu M, Ito H, Uda M, Torii M, Nin K, Murai T, Mimori T
  • 雑誌名: Arthritis Care Res 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/acr.23779
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduced striatal dopamine release during motor skill acquisition in Parkinson’s disease (2018)
  • 著者名/発表者名: 16)Kawashima S, Ueki Y, Kato T, Ito K and Matsukawa N
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 13 ページ: e0196661
  • DOI: 10.1371/journal.poe.0196661
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of auditory stimulus on executive function and execution time during cognitively demanding stepping task in patients with Parkinson’s disease (2018)
  • 著者名/発表者名: 17)Watanabe T, Saito K, Ishida K, Tanabe S, Horiba M, Itamoto S, Ueki Y, Wada I and Nojima I
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 674 ページ: 101-105
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.03.032
  • 査読あり
• [学会発表] Clinicopathophysiology of α7 nicotinic receptor in Meynert cholinergic regions in aging and dementia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuomi Ouchi, Tatsuhiro Terada, Kyoko Nakaizumi, Etsuji Yoshikawa, Tomoyasu Bunai, Yasuhiro Magata
  • 学会等名: 第24回Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping
  • 国際学会
• [学会発表] The increase of dopamine transporter density in the ventral striatum and its correlation with motor improvement in patients with Parkinson’s disease after subthalamic nucleus deep brain stimulation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takao Nozaki, Kenji Sugiyama, Tetsuya Asakawa, Hiroki Namba, Masamichi Yokokura2 Tetuhiro Terada, Yasuomi Ouchi.
  • 学会等名: European Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery
  • 国際学会
• [学会発表] Network property of gambling disorder (2018)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Tsurumi, Naoya Oishi, Toshiya Murai, Hidehiko Takahashi
  • 学会等名: International Society for Biomedical Research on Alcoholism 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Predicting clinical outcomes of acute ischemic stroke due to large vessel occlusion: The approach to utilize high-dimensional neuroimaging data as a whole with deep learning (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidehisa Nishi, Naoya Oishi, Akira Ishii, Isao Ono, Takehiro Katano, Yu Abekura, Hideo Chihara, Yukihiro Yamao, Masakazu Okawa, Takayuki Kikuchi, Taketo Hatano, Ichiro Nakahara, Susumu Miyamoto.
  • 学会等名: International Stroke Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Non-invasive closed-circuit brain stimulation for gait rehabilitation of patients with Parkinsonian syndrome (2018)
  • 著者名/発表者名: Horiba M, Ueki Y, Mima T, Takamatsu Y, Sahashi K, Itamoto S, Shimizu Y, Matsuhashi M, Matsukawa N and Wada I
  • 学会等名: 31st International Congress of Clinical Neurophysiology
  • 国際学会
• [学会発表] Mild cognitive impairment in Parkinson’s disease: the voxel-based QSM analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Kan H, Arai N, Sakurai K, Kawashima S, Ueki Y and Matsukawa N
  • 学会等名: 48th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 国際学会