モチベーションの脳機能イメージング

2019 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, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40467478) ; 大石 直也 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40526878) ; 藤原 広臨 京都大学, 医学研究科, 講師 (10599608)
• 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意欲低下・変調を示す疾患、摂食障害や注意欠損多動性障害の精神神経疾患の意志力にかかる病態について、ドパミン神経とセロトニン神経の変化に着目し、頭部専用PET装置とドパミンD1およびD2受容体、セロトニントランスポーターに特異的に結合するトレーサーを用いて描出するとともに、脳内の神経炎症を描出することで意欲破綻との関係について検討した。また、tDCSを用いた脳賦活法におけるドパミン神経活動の変化と相応するGABA系の変化を調べて意欲変数との関係を調べた。心理学講座との共同研究として、やる気に関わる心理実験（アンダーマイニング）を導入して、健常人においてやる気のメカニズムをドパミン神経の活動変化から明らかにする研究を進めた。領域間の研究として、やる気の破綻に中枢および末梢性の炎症性病態が関係しているか否かについて脳PETデータと末梢血炎症マーカーとの関係から検討した。課題fMRIおよび安静時fMRIを用いて意志力関連の生活習慣と機能的結合の関連について検討し、剣道家は意志力ネットワーク内の安静時―課題下のコントラストが大きいこと、また、マルチタスク傾向が強い人ほど安静時に近い脳機能であることを明らかにした。病的面に関しては、レム睡眠期行動異常症の中で疾患移行予備群は、運動感覚ネットワーク変容を呈すると同時に、扁桃体-前頭葉ネットワークの変容を認め軽微運動機能障害や意志力低下との関連性を明らかにした。
②脳MRIコネクトーム解析技術の開発：7T-MRI装置を用いた高空間・時間分解能MRIのデータ収集を継続して行い、その高分解能を活かした微小関心領域のネットワーク解析技術を新たに開発した。
③画像データを用いた機械学習技術の開発：解剖学的標準化を要しない3次元脳画像データを解析するための深層学習手法を新たに確立し、脳主幹動脈閉塞患者の予後予測を従来手法より高精度に行うことを示した。

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のPETプローブ（11C-DASB）とPET装置およびMRI-VBMを用いて健常人および摂食障害患者の計測結果を論文化することができた。注意欠損多動性障害に関してはD1と神経炎症の関係をまとめ論文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、前年度にドパミン放出が促されることを論文出版できたが、GABA濃度との関係をまとめることができた。現在、この成果は論文作成中である。
②7T-MRIのデータ収集は順調に進んでおり、また7T-MRIの高空間分解能を活かした微小領域を基点とするネットワーク解析技術を新規開発することに成功するなど、当初の計画通りに進展している。
③深層学習を用いて3次元MRI画像を解剖学的標準化なしで学習する技術を確立し、脳主幹動脈閉塞患者の予後予測向上を論文化した。
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、2020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。2020年度は最終年度となるために、これまでの分子イメージングと機能イメージングを意志力というキーワードで意志力発現と破綻の画像的解明をまとめる。そのため、３つの研究の柱を設け進めていく。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、セロトニン放出を可視化できるPETトレーサーを導入することで、ドパミン反応と同様、意志力の変化に相応するセロトニン活動変化を調べる画像化を確立する。また、アンダーマイニングなどの内発的動機づけに着目したPET・MRI研究から、意志力に関係する分子・機能の神経基盤の解明を継続する。また、脳MRIコネクトーム研究を通じた意志力の神経基盤解明を継続して行う。3T-MRIについてはこれまで収集したデータをもとに多面的な解析を進め、7T-MRIでは健常者および気分障害等の患者でのデータ収集を継続して行う。これまで明らかにしてきた健常範囲内での脳MRIコネクトームと意志力関連指標との関連性や、気分障害患者やレム睡眠期行動異常症といった意志力の障害を認める疾患群における両者の関連性について研究を進めていく。②脳MRIコネクトーム解析技術の開発に関して、収集中の7T-MRIに対しても現在の解析システムを適応し、従来にない高精度のコネクトーム解析を実施する。③画像データを用いた機械学習技術の開発に関して、これまで開発した深層学習技術を様々な疾患に応用し、意志力に関連するバイオマーカー探索を継続して行う。

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] Biopathological significance of early-phase amyloid imaging in the spectrum of Alzheimer’s disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Bunai T, Kakimoto A, Yoshikawa E, Terada T, Ouchi Y
  • 雑誌名: J Alzheimers Dis 巻: 62 ページ: 529-538
  • DOI: 10.3233/JAD-181188
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo direct relation of tau pathology with neuroinflammation in early Alzheimer's disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Terada T, Yokokura M, Obi T, Bunai T, Yoshikawa E, Ando I, Shimada H, Suhara T, Higuchi M, Ouchi Y
  • 雑誌名: J Neurol 巻: 266 ページ: 2186-2196
  • DOI: 10.1007/s00415-019-09400-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alterations in serotonin transporter and body image-related cognition in anorexia nervosa (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokokura M, Terada T, Bunai T, Nakaizumi K, Kato Y, Yoshikawa Futatsubashi M, Suzuki K, Yamasue H, Ouchi Y.
  • 雑誌名: Neuroimage Clinical 巻: 23 ページ: 101928
  • DOI: org/10.1016/j.nicl.2019.101928
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Upregulation of cannabinoid receptor type 2, but not TSPO, in senescence-accelerated neuroinflammation in mice: a positron emission tomography study (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi S, Iga Y, Nakamura M, Takizawa C, Fukumoto D, Kakiuchi T, Nishiyama S, Ohba H, Tsukada H, Sato K, Ouchi Y
  • 雑誌名: J Neuroinflamm 巻: 16 ページ: 208-218
  • DOI: 10.1186/s12974-019-1604-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcallosal fiber disruption and its relationship with corresponding gray matter alteration in patients with diffuse axonal injury (2019)
  • 著者名/発表者名: Ubukata S, Oishi N, Sugihara G, Aso T, Fukuyama H, Murai T, Ueda K
  • 雑誌名: J Neurotrauma 巻: 36 ページ: 1106-1114
  • DOI: 10.1089/neu.2018.5823
  • 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] Martial arts “Kendo” and the motivation network during attention processing: an fMRI study. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara H, Ueno T, Yoshimura S, Kobayashi K, Miyagi T, Oishi N, Murai T.
  • 雑誌名: Front. Hum. Neurosci 巻: 13 ページ: 170
  • DOI: 10.3389/fnhum.2019.00170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Predicting clinical outcomes of large vessel occlusion before mechanical thrombectomy using machine learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishi H, Oishi N, Ishii A, Ono I, Ogura T, Sunohara T, Chihara H, Fukumitsu R, Okawa M, Yamana N, Imamura H, Sadamasa N, Hatano T, Nakahara I, Sakai N, Miyamoto S
  • 雑誌名: Stroke 巻: 50 ページ: 2379-2388
  • DOI: 10.1161/STROKEAHA.119.025411Stroke
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impaired motor skill acquisition using mirror visual feedback improved by transcranial direct current stimulation (tDCS) in patients with Parkinson’s disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Horiba M, Ueki Y, Nojima I, Shimizu Y, Sahashi K, Itamoto S, Suzuki A, Yamada G, Matsukawa N, Wada I
  • 雑誌名: Front. Neurosci 巻: 13 ページ: 602
  • DOI: 10.3389/fnins.2019.00602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nigrostriatal Dopaminergic Dysfunction And Altered Functional Connectivity In REM Sleep Behaviour Disorder With Mild Motor Impairment. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada G, Ueki Y, Oishi N, Oguri T, Fukui A, Nakayama M, Kandori A, Sano Y, Kan H, Arai N, Sakurai K, Wada I, Matsukawa N.
  • 雑誌名: Front. Neurol 巻: 10 ページ: 802
  • DOI: 10.3389/fneur.2019.00802
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Voxel-based quantitative susceptibility mapping in Parkinson’s disease with mild cognitive impairment (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Kan H, Sakurai K, Arai N, Kato D, Kawashima S, Ueki Y, Matsukawa N
  • 雑誌名: Mov Disord 巻: 34 ページ: 1164-1173
  • DOI: 10.1002/mds.27717
  • 査読あり
• [学会発表] In vivo imaging of mitochondrial activity in the human brain for elucidating the pathophysiology of dementia (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuomi Ouchi
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo depiction of alpha-7 nicotinic receptors in the Meynert nucleus in aging vs. dementia (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuomi Ouchi, Kyoko Nakaizumi, Tatsuhiro Terada, Tomoyasu Bunai, Etsuji Yoshikawa, Yasuhiro Magata
  • 学会等名: 第60回日本神経学会
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo imaging of neuroinflammation associated with misfolded proteins in Alzheimer’s disease. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuomi Ouchi
  • 学会等名: 29th International Society for Cerebral Blood Flow and Metabolism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Predicting clinical outcomes of acute ischemic stroke due to large vessel occlusion: The approach to utilize neuroimaging data with deep learning. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidehisa Nishi, Naoya Oishi, Akira Ishii, Isao Ono, Takenori Ogura, Tadashi Sunohara, Hideo Chihara, Ryu Fukumitsu, Masakazu Okawa, Norikazu Yamana, Hirotoshi Imamura, Nobutake Sadamasa, Taketo Hatano, Ichiro Nakahara, Nobuyuki Sakai,Susumu Miyamoto
  • 学会等名: East Asian Conference on Neurointervention (EACoN)
• [学会発表] Psychological resilience and functional connectivity change of the default mode network (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miyagi, Naoya Oishi, Kei Kobayashi, Tsukasa Ueno, Sayaka Yoshimura, Toshiya Murai, Hironobu Fujiwara
  • 学会等名: ISSID 2019
• [学会発表] The association between non-clinical internet use and functional connectivity of the alerting network in attention system (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei Kobayashi, Hironobu Fujiwara, Naoya Oishi, Sayaka Yoshimura, Tsukasa Ueno, Takashi Miyagi, Toshiya Murai
  • 学会等名: ISSID 2019