2023 Fiscal Year Research-status Report
Development and verification of sleep neurofeedback
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22K18664
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
玉置 應子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (20586276)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 睡眠 / ニューロフィードバック / デコーディング / 睡眠紡錘波 / 学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「ヒトはなぜ眠るのか？」この問いは何世紀にも渡って議論されてきたが、未だに統一見解に至っていない。本提案研究では、睡眠の機能を明らかにするため、覚醒する人に睡眠様の脳状態を引き起こす「睡眠ニューロフィードバック技術」を開発し、その効果を検証することを目的とする。近年、睡眠が覚醒時の認知活動に影響を及ぼすことが報告されている。応募者はノンレム・レム睡眠時の自発脳活動が、脳の可塑性（変化のしやすさ）を調節し、学習の促進（伸び）と定着（忘れにくさ）に寄与するという仮説を提案した。ノンレム睡眠は学習に関連する脳領域における可塑性を高め、レム睡眠はノンレム睡眠時に高まった可塑性を下げて学習を定着する可能性がある。しかしヒト研究では技術的・生理学的制約があるため、現存する方法では睡眠と認知機能の因果関係の検証が困難である。本提案研究では、睡眠の機能を明らかにするため、覚醒する人に睡眠様の脳状態を引き起こす睡眠ニューロフィードバック技術を開発し、その効果を検証する。今年度は、睡眠中の脳活動を効率的・効果的に計測するための環境を利用し、睡眠ポリグラフ（脳波を含む）と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の同時計測による睡眠中の脳活動データを取得し、睡眠紡錘波に関するデコーダを構築し、そのパフォーマンスを評価した。また、ニューロフィードバックの環境も構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度に構築した、睡眠中の脳活動を効率的・効果的に計測するための環境を利用し、睡眠ポリグラフ（脳波を含む）と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の同時計測による睡眠中の脳活動データの取得、睡眠紡錘波に関するデコーダを構築し、そのパフォーマンスを評価した。また、ニューロフィードバックの環境も構築した。18名の健康な若年者が実験に参加した。MRIでの仮眠中は睡眠ポリグラフとfMRIの同時計測を行なった。AASMによる国際基準に準拠し睡眠段階を判定した。睡眠紡錘波はノンレム睡眠ステージ2及び3から検出した。6つのROI（precentral gyrus, supplementary motor area (SMA), calcarine fissure, thalamus, hypothalamus, hippocampus）についてSupport Vector Machine (SVM)を用いて睡眠紡錘波デコーダ（睡眠紡錘波あり vs. なし）を構築した。ROIごと、Sessionごとにleave-one-out cross validation (LOOCV) を適用した。また、セッション間の汎化性能を検討した。1名のデータは睡眠段階ステージ2および3️のいずれも含まなかったため除外した。hippocampusおよびcalcarine fissureFurthermoreから有意に睡眠紡錘波を読み出すことに成功した。ラベル社っしゅるしたデコーダのパフォーマンスはチャンスレベルであることも確認された。これらのことから睡眠紡錘波様の脳活動パタンの構築ができることがわかった。さらに、リアルタイムでfMRIデータのpreprocess、ROIからのデータ抽出、likelihoodの計算を行いフィードバックするfMRIニューロフィードバックの環境を設定し若干名にて予備実験を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
構築したfMRIニューロフィードバックの環境を応用し、学習に関与する複数のROI（Hippocampus、SMA、calcarine fissureなど）において睡眠（睡眠紡錘波）様の脳活動パタンを惹起する実験を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
予定よりも物品費の支出が少なかったが、実験実施に必要となる消耗品等は順次発生する予定である。
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