脳ＭＲ画像を用いたグラフ理論に基づくヒト脳の包括的ネットワーク構造解析

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23240056
• 研究機関: 東北薬科大学
• 研究代表者: 福田 寛 東北薬科大学, 薬学部, 教授 (30125645)
• 研究分担者: 瀧 靖之 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (10375115)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ヒト脳ネットワーク解析 / 脳MRI / 機能的MRI / 拡散テンソル画像 / グラフ理論

研究実績の概要

60例の6歳から18歳までの子供の安静時機能的MRIデータを用いてグラフ理論に基づくネットワーク解析を行い、脳発達・成熟に伴うネットワークパラメータの変化について検討した。脳を左右45領域、合計90領域に分割し、安静時の脳活動ＭＲＩ信号の時間変化が脳領域間で相関する組み合わせを検出し、90ｘ90の相関マトリクスを作成した。次いでグラフ理論による解析を行い、情報伝達の効率を示すクラスター効率、経路長および各種のネットワークパラメータを算出した。その結果、子供の脳もsmall worldの特性を示すこと、脳発達とともにsmall world特性が増加することを示した。また、男児は女児に比べて高いsmall world特性を示した。脳局所パラメータの検討では、前頭葉でパラメータの加齢に伴う増加が見られたが、頭頂葉、側頭葉、後頭葉では加齢に伴う減少が見られた。デフォルト･モードネットワークを形成する領域で、パラメータの性差が認められた。またattentionに関与する脳領域ではＩＱと正の相関が見られたが、デフォルト・モード領域、言語領域では負の相関が見られた。
291例の6歳から18歳までの子供の脳拡散テンソル画像(DTI)を用いてファイバー・トラッキング解析を行い、線維連絡が3本以上ある脳領域間をネットワーク有りと判定して、1024x1024の相関マトリクスを作成した。これを用いてグラフ理論に基づくネットワーク解析を行った。その結果、加齢とともに増加あるいは減少するパラメータが見られた。また、局所パラメータも加齢とともに増加あるいは減少するパラメータが見られた。また、性差が見られるパラメータもあった。以上、脳MRIを用いたネットワーク解析により、子供の脳発達に伴う情報伝達パターンの変化を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 脳局所特徴量に基づく年齢推定手法と脳MRI画像データベースを用いた性能評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 近藤千裕, 伊藤康一, 呉凱, 佐藤和則, 瀧靖之, 福田 寛, 青木孝文
  • 雑誌名: 映像情報メディア学会技術報告 巻: 38 ページ: 15-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] 脳MRI画像の局所特徴量に基づく年齢推定手法とその評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 近藤千裕, 伊藤康一, 呉凱, 佐藤和則, 瀧靖之, 福田 寛, 青木孝文
  • 雑誌名: 信学技報 巻: MI2014-45(2014-11) ページ: 11-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear and curvilinear correlations of brain gray matter volume and density with age using voxel-based morphometry with the Akaike information criterion in 291 healthy children (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Hashizume H, Thyreau B, Sassa Y, Takeuchi H, Wu K, Kotozaki Y, Nouchi R, Asano M, Asano K, Fukuda H, Kawashima R．
  • 雑誌名: Human Brain Mapping 巻: 34 ページ: 1857-1871
  • DOI: 10.1002/hbm.22033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear and curvilinear correlations of brain white matter volume, fractional anisotropy, and mean diffusivity with age using voxel-based and region-of-interest analyses in 246 healthy children (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Thyreau B, Hashizume H, Sassa Y, Takeuchi H, Wu K, Kotozaki Y, Nouchi R, Asano M, Asano K, Fukuda H, Kawashima R
  • 雑誌名: Human Brain Mapping 巻: 34 ページ: 1842-1856
  • DOI: 10.1002/hbm.22027
  • 査読あり
• [雑誌論文] A longitudinal study of age-and gender-related annual rate of volume changes in regional gray matter in healthy adults (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Thyreau B, Kinomura S, Sato K, Goto R, Wu K, Kawashima R, Fukuda H
  • 雑誌名: Human Brain Mapping 巻: 34 ページ: 2292-2301
  • DOI: 10.1002/hbm.22067
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between high-sensitivity C-reactive protein and brain gray matter volume in healthy elderly subjects (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Thyreau B, Kinomura S, Sato K, Goto R, Wu K, Kakizaki M, Tsuji I, Kawashima R, Fukuda H
  • 雑誌名: Human Brain Mapping 巻: 34 ページ: 2418-2424
  • DOI: 10.1002/hbm.22073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological organization of functional brain networks in healthy children: Differences in relation to age, sex, and intelligence (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu K, Taki Y, Sato K, Hashizume H, Sassa Y, Takeuchi H, Thyreau B, He Yong, Evans AC, Li Xiabo, Kawashima R, Fukuda H
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 ページ: e55347
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0055347.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation between pulmonary function and brain volume in healthy elderly subjects (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Kinomura S, Ebihara S, Thyreau B, Sato K, Goto R, Kakizaki M, Tsuji I, Kawashima R, Fukuda H
  • 雑誌名: Neuroradiology 巻: 55 ページ: 689-695
  • DOI: 10.1007/s00234-013-1157-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A longitudinal study of structural brain network changes with normal aging. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu K, Taki Y, Sato K, Qi H, Kawashima R, Fukuda H
  • 雑誌名: Front Hum Neurosci 巻: 7 ページ: 113
  • DOI: 10.3389/fnhum. 2013.00113.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 変形マトリクスを用いた脳形態変化の検出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和則, 呉 凱, 福田 寛
  • 雑誌名: 信学技報 巻: MI2013-27(2013-7) ページ: 45-47
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒト脳の正常発達・加齢に伴う脳形態およ全脳ネットワーク構造の変化ー健常日本人脳MRIデータベースを用いた画像医学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福田 寛, 瀧 靖之
  • 雑誌名: 東北薬科大学研究誌 巻: 60 ページ: 13-23
• [学会発表] Overview of Japanese brain database project. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H
  • 学会等名: Sino-Japan International Workshop on Computational brain science: Theories and application
  • 発表場所: 華南理工大学、広州、中国
  • 年月日: 2014-10-17 – 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] MRI based head surface mesh of young and old people for finite element analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato K, Thyreau B, Yanaoka T, Kawashima R, Fukuda H.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Organization of Human Brain Mapping 2013
  • 発表場所: Seatle, USA
  • 年月日: 2013-06-15 – 2013-06-20
• [学会発表] Relationship between educational level and longitudinal change in regional gray matter in healthy adults. (2013)
  • 著者名/発表者名: Taki Y, Thyreau B, Kinomura S, Sato K, Goto R, Wu K, Kawashima R, Fukuda H
  • 学会等名: Annual Meeting of the Organization of Human Brain Mapping 2013
  • 発表場所: Seatle, USA
  • 年月日: 2013-06-15 – 2013-06-20