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2022 年度 実施状況報告書

行動の抑制を実現する神経回路動態の解明:fMRI・TMSによる複合的検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K07255
研究機関順天堂大学

研究代表者

長田 貴宏  順天堂大学, 医学部, 准教授 (00456104)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード機能的磁気共鳴画像法(fMRI) / TUS / 経頭蓋超音波刺激 / 反応抑制 / 前頭前野 / 大脳基底核 / 皮質下領域 / 経頭蓋磁気刺激(TMS)
研究実績の概要

本研究課題は、自分自身の行動の抑制(反応抑制)を実現する神経回路メカニズムの解明を目的としている。これまで行ってきた機能的磁気共鳴画像法(fMRI)によるヒト反応抑制に関わる脳領域やネットワークの同定、同定された脳領域に対し経頭蓋磁気刺激(TMS)による介入に加え、前年度から着手してきた経頭蓋超音波刺激(transcranial ultrasound stimulation; TUS)を用いた研究を令和4年度は大きく進めることができた。TUSは、超音波により非侵襲的に大脳皮質のみならず脳深部領域に対しても可逆的に介入できる手法である。まず妥当性の検証としてヒト一次運動野に対しTUSを行ったところ、運動誘発電位の低下が観測され、脳に対して活動を抑制させる効果が確認できた。次に反応抑制機能について、大脳基底核へのTUSの効果を調べた。視床下核や被殻前部に対し刺激したところ、反応抑制の効率の低下が見られた。さらに拡散MRIにより被殻前部と解剖学的結合性が見られた下前頭皮質前部に対しTUSを行ったところ、反応抑制効率の低下が観測された。これらからよく知られているハイパー直接路に加え、下前頭皮質前部-被殻前部の間接路が反応抑制に関わることが明らかになった。以上の成果をまとめ、Cell Reports誌に発表した(Nakajima, Osada et al., Cell Reports, 2022)。また、TUSの限局した部位を刺激できるため、ターゲット設定が非常に重要になる。第一背側骨間筋に対応する一次運動野領域をfMRIおよびTMSにより被験者ごとに同定し、TUS適用のため脳表からの深さの分布について報告した(Osada et a., Brain Stimulation, 2022)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

反応抑制を実現する神経回路メカニズムの解明に向けて、従来行ってきたfMRIとTMSでの実験に加え、新たにTUSを導入し、大脳皮質のみならず皮質下領域に対しての非侵襲的介入を行ってきた。具体的には、第一背側骨間筋に対応する一次運動野領域をfMRIにより同定し、その領域に対しTUS照射を行った。TUS前後での運動誘発電位(motor-evoked potential [MEP])をTMSにより調べたところ、持続したMEPの低下が見られた。これからTUSにより神経活動を抑制できることが確認された。次に、反応抑制機能を調べるストップシグナル課題を用いて、脳深部の大脳基底核へのTUSの効果を調べた。反応抑制時に視床下核や被殻前部の活動がfMRIにより確認され、これらの脳領域に対しTUSを行ったところ、反応抑制の効率の低下が見られた。さらに、拡散MRIから被殻前部と下前頭皮質前部の間の解剖学的結合性を見出し、今まで知られていなかった下前頭皮質前部-被殻前部の間接路による神経回路が反応抑制に関わっていることを示した。このようにfMRI、拡散MRI、TMS、TUSなどを有機的に組み合わせ、それぞれの手法の利点をおおいに活かした研究を進めることにより、全脳における情報処理回路の解明を進めることができている。また、皮質下領域への非侵襲的な介入が可能になったことにより、研究の幅を広げることができた。

今後の研究の推進方策

引き続きfMRIおよびTMSやTUSによる非侵襲的介入手法を組み合わせた実験を行い、皮質領域間の神経回路、さらに皮質領域-皮質下領域での神経回路を同定し、反応抑制を実現させる脳内情報処理の検証をさらに進めていく。これらの成果をまとめ、学術雑誌への原著論文の投稿・発表を予定している。また、得られた成果は、研究室のウェブページやプレスリリースなどを用いて、積極的に社会に発信する。

次年度使用額が生じた理由

当初の予定以上に研究が進み、さらに研究を円滑に推進するために、前倒し請求を行った。しかし、他予算が使用できることとなり、結果的に前倒し請求を行った分の使用が少なくなった。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Role of right temporoparietal junction for counterfactual evaluation of partner’s decision in ultimatum game2023

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Asano S, Osada T, Tanaka M, Tochigi R, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 33 ページ: 2947~2957

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac252

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A causal role of anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition revealed by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 40 ページ: 111197

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.111197

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distributions of cortical depth of the index finger region in the M1: A representative depth parameter for transcranial ultrasound stimulation2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: 15 ページ: 1348~1350

    • DOI

      10.1016/j.brs.2022.09.012

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hypothalamic interaction with reward-related regions during subjective evaluation of foods2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Osada T, Tanaka M, Suda A, Nakajima K, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Hattori N, Konishi S
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 264 ページ: 119744

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2022.119744

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Advantages of Using Both Voxel- and Surface-based Morphometry in Cortical Morphology Analysis: A Review of Various Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Goto M, Abe O, Hagiwara A, Fujita S, Kamagata K, Hori M, Aoki S, Osada T, Konishi S, Masutani Y, Sakamoto H, Sakano Y, Kyogoku S, Daida H
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 21 ページ: 41~57

    • DOI

      10.2463/mrms.rev.2021-0096

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] インスリン抵抗性と灰白質が関連する大脳領野2023

    • 著者名/発表者名
      浅野早紀、小川昭利、長田貴宏、加賀英義、田村好史、綿田裕孝、河盛隆造、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
  • [学会発表] 食物の主観的評価における視床下部と報酬関連領域との相互作用2023

    • 著者名/発表者名
      小川昭利、長田貴宏、田中政輝、須田晃充、中嶋香児、岡哲史、鎌形康司、青木茂樹、大島寧、田中栄、服部信孝、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
  • [学会発表] ヒトにおける超音波による非侵襲的脳刺激2023

    • 著者名/発表者名
      長田貴宏、小西清貴
    • 学会等名
      第25回 日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Transcranial ultrasound stimulation revealed a causal role of anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition in humans2023

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
  • [学会発表] Cortical depth of the first dorsal interosseous region in the human primary motor cortex revealed by fMRI and TMS2023

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
  • [学会発表] Cortical and subcortical circuits for response inhibition2023

    • 著者名/発表者名
      Osada T
    • 学会等名
      8th CiNet Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neural correlates for other's equity concern modulating response to distribution in ultimatum game2022

    • 著者名/発表者名
      Asano S, Ogawa A, Tochigi R, Tanaka M, Osada T, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 学会等名
      OHBM 2022 Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Offline effects of transcranial ultrasound stimulation on cortical/subcortical areas in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Y Oshima, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      FUN22 (3rd Focused Ultrasound Neuromodulation Conference)
    • 国際学会
  • [学会発表] Sustained suppression of brain activity induced by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Y Oshima, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      Neuroscience 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト大脳皮質および大脳基底核への低出力超音波刺激の実践例2022

    • 著者名/発表者名
      小西清貴、長田貴宏
    • 学会等名
      第63回 日本神経学会学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 分配に対する反応における他者の公平への配慮に関する神経相関2022

    • 著者名/発表者名
      浅野早紀、小川昭利、栃木麗亜、田中政輝、長田貴宏、鎌形康司、青木茂樹、小西清貴
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] Activity suppression of the motor cortex induced by transcranial ultrasound stimulation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Osada T, Nakajima K, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第6回 ヒト脳イメージング研究会
  • [学会発表] Ultrasound stimulation revealed human anterior prefrontal-putamen circuit for response inhibition2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Osada T, Ogawa A, Tanaka M, Oka S, Kamagata K, Aoki S, Oshima Y, Tanaka S, Konishi S
    • 学会等名
      第6回 ヒト脳イメージング研究会
  • [学会発表] Counterfactual evaluation of partner’s decision in ultimatum game recruits right TPJ2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa A, Asano S, Osada T, Tanaka M, Tochigi R, Kamagata K, Aoki S, Konishi S
    • 学会等名
      第6回 ヒト脳イメージング研究会
  • [学会発表] ヒトでのTUSの安全性と応用2022

    • 著者名/発表者名
      長田貴宏、小西清貴
    • 学会等名
      第52回 日本臨床神経生理学会学術大会
    • 招待講演
  • [備考] 行動の抑制を生み出す新たな神経回路の発見

    • URL

      https://www.juntendo.ac.jp/news/00630.html

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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