リアルタイム機能的MRI-脳波同時測定装置を用いた時間的空間的脳内神経回路解析

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K15338
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 渡辺 宏久 名古屋大学, 脳とこころの研究センター, 特任教授 (10378177)
• 研究分担者: Bagarinao E. 名古屋大学, 脳とこころの研究センター, 特任准教授 (00443218) ; 祖父江 元 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (20148315) ; 伊藤 瑞規 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (50437042) ; 前澤 聡 名古屋大学, 脳とこころの研究センター, 特任准教授 (90566960)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: MRI / 脳波 / 高次脳機能 / リアルタイム / 認知症 / てんかん

研究実績の概要

機能的磁気共鳴撮像法 (fMRI) は1mmから3mm程度の高い空間分解能で脳内活動部位を非侵襲的に測定出来る手法であるが、時間分解能は数秒程度と低い。そのため、認知活動中の脳活動変化を1秒未満の時間分解能での検出することは困難である。一方、脳波 (EEG) は、高い時間分解能を有するが空間分解能は低い。本研究では、fMRIと脳波 (EEG) を組み合わせたEEG-fMRIを用い、空間的解析に加えて時間軸の解析も取り入れてヒトの高次脳機能神経回路や精神症状を経時的に解析出来るシステム構築を目指すものである。今回、取得したデータを解析する際、一般線形モデル (general linear model, GLM) を用いたfMRI解析にEEGにより得られた時間的情報を回帰子として加えることで、1秒未満の連続的な脳活動を取得する方法を解析し、画像化することを試みた。本手法を用いることの妥当性を検証するために、1) 作業記憶課題を用いた脳活動の観察、2) てんかん焦点診断に関する研究をそれぞれ行った。結果として、作業記憶課題では、fMRIデータのみを用いた集団解析では、従来から良く知られている脳流域に有意な活動が観察された一方で、EEGデータの時間的情報を回帰子として加えた解析では、認知課題中に1秒未満で連続的に変化する脳活動を観察出来、その活動範囲は、fMRIで観察された領域内であったが、活動量、活動時間、活動様式は個人差が大きく、被験者の課題毎の方略の違いを反映しているものと考えられた。また、てんかんにおいても、我々の開発した解析手法で同定したてんかんの焦点が手術により確認したそれと良く一致していた。これらの結果は、EEG-fMRI同時計測を用いて我々の開発した解析手法を応用することで、高い空間分解能で1秒未満の連続的な脳活動変化を捉えられることを示すものである。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of the caudate nucleus head and its networks in sporadic amyotrophic lateral sclerosis-frontotemporal dementia continuum. (2016)
  • 著者名/発表者名: Masuda, M., Senda, J., Watanabe, H., Epifanio, B., Tanaka, Y., Imai, K., Riku, Y., Li, Y., Nakamura, R., Ito, M., Ishigaki, S., Atsuta, N., Koike, H., Katsuno, M., Hattori, N., Naganawa, S., and Sobue, G.
  • 雑誌名: Amyotroph Lateral Scler Frontotemporal Degener 巻: 17 ページ: 571-579
  • DOI: 10.1080/21678421.2016.1211151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marked Involvement of the Striatal Efferent System in TAR DNA-Binding Protein 43;kDa-Related Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Riku Y, Watanabe H, Yoshida M, Mimuro M, Iwasaki Y, Masuda M, Ishigaki S, Katsuno M, Sobue G.
  • 雑誌名: J Neuropathol Exp Neurol 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/jnen/nlw053
  • 査読あり
• [雑誌論文] HMGB1, a pathogenic molecule that induces neurite degeneration via TLR4-MARCKS, is a potential therapeutic target for Alzheimer's disease. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita K, Motoki K, Tagawa K, Chen X, Hama H, Nakajima K, Homma H, Tamura T, Watanabe H, Katsuno M, Matsumi C, Kajikawa M, Saito T, Saido T, Sobue G, Miyawaki A, Okazawa H.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 31895
  • DOI: 10.1038/srep31895.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impaired muscle uptake of creatine in spinal and bulbar muscular atrophy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hijikata Y, Katsuno M, Suzuki K, Hashizume A, Araki A, Yamada S, Inagaki T, Iida M, Noda S, Nakanishi H, Banno H, Mano T,Hirakawa A, Adachi H, Watanabe H, Yamamoto M, Sobue G.
  • 雑誌名: Ann Clin Transl Neurol. 巻: 3(7) ページ: 537-546
  • DOI: 10.1002/acn3.324.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A rapid functional decline type of amyotrophic lateral sclerosis is linked to low expression of TTN. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Atsuta N, Hirakawa A, Nakamura R, Nakatochi M, Ishigaki S, Iida A, Ikegawa S, Kubo M, Yokoi D, Watanabe H, Ito M, Katsuno M, Izumi Y, Morita M, Kanai K, Taniguchi A, Aiba I, Abe K, Mizoguchi K, Oda M, Kano O, Okamoto K, Kuwabara S, Hasegawa K, Imai T, Kawata A, Aoki M, .
  • 雑誌名: J Neurol Neurosurg Psychiatry. 巻: 87(8) ページ: 851-858
  • DOI: 10.1136/jnnp-2015-311541.
  • 査読あり
• [学会発表] Skin-related dysautonomia and bladder dysfunction in PD. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Sobue G.
  • 学会等名: 4th World Parkinson Congress PARALLEL SESSION SPRACTICAL MANAGEMENT OF AUTONOMIC DYSFUNCTION.
  • 発表場所: Portland,USA
  • 年月日: 2016-09-20 – 2016-09-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Detecting subsecond activation changes during interictal epileptic spike using simultaneous EEG-fMRI (2016)
  • 著者名/発表者名: Bagarinao E, MaesawaS , Ito Y, Watanabe H, Isoda H.
  • 学会等名: 22nd Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Sequential activation in sub-second range during working memory task: A simultaneous EEG-fMRI study. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizuno K, Bagarinao E, Maesawa S, Tohira S, Watanabe H, Nakai T, Isoda H.
  • 学会等名: 22nd Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • 国際学会
• [図書] Technical Considerations for MIBG Cardiac Scintigraphy (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Sobue G.
  • 総ページ数: 219-230
  • 出版者: Clinical Assessment of the Autonomic Nervous System Springer Japan
• [図書] Findings of MIBG Cardiac Scintigraphy: Dementia with Lewy Bodies and Related Dementia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Sobue G.
  • 総ページ数: 259-270
  • 出版者: Clinical Assessment of the Autonomic Nervous System Springer Japan