神経回路活動を計測する非侵襲的イメージング技術

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
• 研究課題/領域番号: 26112003
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 尾上 浩隆 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, チームリーダー (80214196)
• 研究分担者: 崔 翼龍 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, ユニットリーダー (60312229) [辞退] ; 水間 広 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 研究員 (00382200) ; 疋島 啓吾 沖縄科学技術大学院大学, 実験動物支援セクション, MRIスペシャリスト (30420219)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 脳機能イメージング / fMRI / PET / atlas / サル / Long Evans

研究実績の概要

行動適応を担う神経回路の機能シフト機構を理解するためには、非侵襲的手法による時系列観察や、膨大かつ複合的なデータ収集と推定精度と感度の高い多次元解析によって、機能的ネットワークの動的変化と因果性を明らかにすることが重要である。本研究班ではPETおよび、MRIによる非侵襲イメージング法を用いて、遺伝子改変モデルマウスや非ヒト霊長類であるマカクサルにおける機能的神経回路網を解析するためのイメージング基盤技術を開発し、学習や発達の段階で遷移する神経回路や脳・脊髄損傷後の機能代償に関する回路の特定を目指している。平成28年度は、平成27年度に引き続き、行動実験に使用する8～13週齢のLong Evansラットの標準アトラスを作製し、小林班と共同し、ラットの」無麻酔下での脳活動（[18F]FDG-PET）イメージング解析に使用し、聴覚弁別課題の学習初期には背外側線条体や小脳での神経活動が上昇するのに対して、学習後期には島皮質の神経活動が上昇することを明らかにした。。同様の結果は、マカクサルの標準アトラスを使用した[18F]FDG-PETおよび[15O]H2O-PETによる無麻酔下での脳活動イメージング解析についても得ることが可能になった。ラットからは精密なCT画像を取得し、小池班との新たな取り組みである、脳波からの信号源推定の基礎データとして供出した。無麻酔下のラットにおいて、電気や光刺激とのfMRI同時計測を実現するため、頭部を固定しつつ電極などを刺入可能な非磁性ヘッドプレート、これらに組み合わせて使用するMRIコイルを開発し、MRI計測環境への馴化手技を確立した。

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

MRIの構造画像での標準アトラスの作製、fMRIやPETによる機能的ネットワークの解析もほぼ順調に進み、その応用となる神経回路の機能シフトに関わる研究の結果も得られてきた。

今後の研究の推進方策

（今後の推進方策）
特異的な神経伝達に関係する遺伝子改変動物を導入し、オプトジェネティクスによる機能的ネットワークの解析の推進を図りたい。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of the Septo-Hippocampal Cholinergic Pathway in Association with Septal Acetylcholinesterase Upregulation in a Mouse Model of Tauopathy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hara Y, Motoi Y, Hikishima K, Mizuma H, Onoe H, Matsumoto SE, Elahi M, Okano H, Aoki S, Hattori N.
  • 雑誌名: Curr Alzheimer Res 巻: 14(1) ページ: 94-103
  • DOI: doi: 10.2174/1567205013666160602235800
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional brain mapping using specific sensory-circuit stimulation and a theoretical graph network analysis in mice with neuropathic allodynia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Komaki Y, Hikishima K, Shibata S, Konomi T, Seki F, Yamada M, Miyasaka N, Fujiyoshi K, Okano HJ, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 37802
  • DOI: doi:10.1038/srep37802
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 3.Application of q-Space Diffusion MRI for the Visualization of White Matter. (2016)
  • 著者名/発表者名: Application of q-Space Diffusion MRI for the Visualization of White Matter. Fujiyoshi K, Hikishima K, Nakahara J, Tsuji O, Hata J, Konomi T, Nagai T, Shibata S, Kaneko S, Iwanami A, Momoshima S, Takahashi S, Jinzaki M, Suzuki N, Toyama Y, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 36(9) ページ: 2796-808
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.1770-15.2016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural changes in the primate brain correlated with the evolution of complex motor skills. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Y, Hikishima K, Saiki M, Inada M, Sasaki E, Lemon RN, Price CJ, Okano H, Iriki A.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 31084
  • DOI: doi: 10.1038/srep31084.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] A voxel-based analysis of the pain matrix in chronic pain model rats using small-animal neuroimaging method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yilong Cui, Ying Zeng, Emi Hayashinaka, Yasuhiro Wada, Yasuyoshi Watanabe
  • 学会等名: World Congress on Pain 2016
  • 発表場所: National Convention Hall of Yokohama and Yo kahama Gr and Intercontinental, Yokoyama
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of the pain matrix in chronic pain model rats using small-animal neuroimaging method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yilong Cui, Ying Zeng Emi Hayashinaka, Yasuhiro Wada, Yasuyoshi Watanabe
  • 学会等名: FENS2016
  • 発表場所: Cophehagen（Denmark）
  • 年月日: 2016-07-02 – 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] マーモセット神経疾患モデルのMRI (2016)
  • 著者名/発表者名: 疋島啓吾
  • 学会等名: 第63回日本実験動物学会
  • 発表場所: ミューザ川崎シンフォニーホール（川崎・神奈川）
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-20
  • 招待講演