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2019 Fiscal Year Research-status Report

Prognosis prediction of space-occupying lesions in the brain using a novel perfusion mapping with a neural network classifier

Research Project

Project/Area Number 19K09480
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

麻生 俊彦  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 副チームリーダー (50397543)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上野 智弘  京都大学, 医学研究科, 助教 (10379034)
菊池 隆幸  京都大学, 医学研究科, 助教 (40625084)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords脳腫瘍 / MRI / 血流ラグマップ / 安静時fMRI / 脳動静脈奇形
Outline of Annual Research Achievements

新規に開発したMRIによる造影なしの脳血流マッピング法を改良し、バイオマーカーを開発するとともに、健常者および患者データの取得を開始することを初年度の目標とした。まず、本手法のベースとなるヘモグロビン信号の低周波変動について、新たなモデルを提案する論文を発表した(Aso et al., 2019, PLoS ONE)。従来の機能的MRIでは考慮されていなかった、血液中の酸素飽和度の変動が存在し、それが血管樹を通過していく際に脳の各部位で違った位相の変動を起こすというメカニズムを提案したものである。これは機能的MRIの信号モデルの更新を提案したものでもあり、脳の機能マッピングにおけるMRIの信頼性を高める意義を有する。
ラグマッピング法の実用面では、まず疾患以前の加齢にともなう変化を調べるため、静脈排出と脳室拡大および脳萎縮の関係について、幅広い年齢の225名の健常被験者と頭部外傷患者群(71名)を比較した。結果として、脳室拡大には静脈を介する一般化可能なメカニズムが存在すること、つまり加齢に伴って、誰でも軽い水頭症が起こっていることを示唆する画期的な結果を得た(Aso, 2020. Brain)。ここで観察したラグマップの加齢変化もまた、脳の神経細胞の分布とは全く関係なく、血管構造を反映するものであった。我々の得た結果はいずれも、血流ラグマップが直接には神経活動ではなく血流を反映すること、したがってその情報を持つsLFOというオシレーションも、自律神経ループなどに由来する全身性のものであるという仮説を支持するものである。本手法は非侵襲的な血流観察法として今後の展開が期待できるとともに、この情報を取り除くことによって、脳の働きを観察するツールとしてのfMRIの改良が可能となった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

加齢バイオマーカーの発見という成果があり、主な目的である空間占拠性病巣の解析の精度を高める効用が期待される。
研究の対象となる疾患のMRIデータは、収集が進められているが、解析は来年度に持ち越しとなった。

Strategy for Future Research Activity

脳腫瘍や血管奇形の診断および予後予測を可能とする複合バイオマーカーの確立のため、7テスラ装置におけるMRスペクトロスコピーや定量的磁化率マッピング(QSM)の撮影が計画されているが、実施が遅れる見込みである。そのため教師あり機械学習などを用いたデータマイニング的アプローチも、まずは占拠性病変における血流ラグマップと、従来法の解剖学的イメージングが対象となる。
血流ラグマッピング法や、それに基づいて発表したバイオマーカーのさらなる改良のため、動物実験や、公開されているアルツハイマー病などの症例データによる解析も進める。

Causes of Carryover

大容量メモリーを要するコンピュータワークステーションを整備する計画が、研究者の異動にともなって遅れたものである。引き続き、コンピュータシステムの構築に使用する。

  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 原子力及び代替エネルギー庁 NeuroSpin(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      原子力及び代替エネルギー庁 NeuroSpin
  • [Journal Article] Connectivity Gradient in the Human Left Inferior Frontal Gyrus: Intraoperative Cortico-Cortical Evoked Potential Study2020

    • Author(s)
      Nakae Takuro、Matsumoto Riki、Kunieda Takeharu、Arakawa Yoshiki、Kobayashi Katsuya、Shimotake Akihiro、Yamao Yukihiro、Kikuchi Takayuki、Aso Toshihiko、Matsuhashi Masao、Yoshida Kazumichi、Ikeda Akio、Takahashi Ryosuke、Lambon Ralph Matthew A、Miyamoto Susumu
    • Journal Title

      Cerebral Cortex

      Volume: 30 Pages: 4633~4650

    • DOI

      10.1093/cercor/bhaa065

  • [Journal Article] A venous mechanism of ventriculomegaly shared between traumatic brain injury and normal ageing2020

    • Author(s)
      Aso Toshihiko、Sugihara Genichi、Murai Toshiya、Ubukata Shiho、Urayama Shin-ichi、Ueno Tsukasa、Fujimoto Gaku、Thuy Dinh Ha Duy、Fukuyama Hidenao、Ueda Keita
    • Journal Title

      Brain

      Volume: 143 Pages: -

    • DOI

      10.1093/brain/awaa125

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A positive shift in resting-state functional connectivity between the insula and default mode network regions reflects the duration of illness in gambling disorder patients without lifetime substance abuse2020

    • Author(s)
      Tsurumi Kosuke、Aso Toshihiko、Kawada Ryosaku、Murai Toshiya、Takahashi Hidehiko
    • Journal Title

      Psychiatry Research: Neuroimaging

      Volume: 295 Pages: 111018~111018

    • DOI

      10.1016/j.pscychresns.2019.111018

  • [Journal Article] Axial variation of deoxyhemoglobin density as a source of the low-frequency time lag structure in blood oxygenation level-dependent signals2019

    • Author(s)
      Aso Toshihiko、Urayama Shinnichi、Fukuyama Hidenao、Murai Toshiya
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0222787

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The lag structure by BOLD-based blood flow tracking indicates the partial non-neuronal source of resting state functional connectivity in mouse2019

    • Author(s)
      Tomokazu Tsurugizawa, Clement Debacker, Boucif Djemai, Toshihiko Aso
    • Organizer
      International Society for Magnetic Resonance in Medicine
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] BOLD time-lag structure

    • URL

      https://github.com/RIKEN-BCIL/BOLDLagMapping

  • [Remarks] ヒト脳の新しい加齢バイオマーカーを発見

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200515_1/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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