Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

てんかん / 記憶 / 神経ネットワーク / 海馬 / 迷走神経刺激 / 光トポグラフィー / 機能的MRI

本研究では、てんかんと記憶に関わる大脳ネットワークに対する外科的介入や電気刺激による介入の影響を検討した。モデルはラット、ミニブタ、そしてヒトにおけるてんかん手術を用いた。迷走神経刺激が大脳皮質の各層へ異なる影響を及ぼしていることを見出した。また、脳回と脳溝が発達したブタにおける多点記録システムを確立した。ヒトの記憶について機能障害と機能回復に伴う賦活パターンの変化が手術操作の加わった側頭葉内側に留まらず広範囲であることを見出した。これらの結果は、てんかんや記憶のmodulationに対して、焦点に対するアプローチよりもネットワークに対するアプローチがより有効である可能性を示唆するものである。

てんかんに対する新しい手術や電気刺激による介入は、てんかん焦点の単純な切除や抑制ではなく、生理的・病的な機能ネットワークの修飾として作用している可能性が示された。「新しい手術手技や電気刺激は、てんかんや記憶に関するネットワーク全体を変調させることによってその効果を発現している」との仮説に基づいて、その機構を理解し、治療効率を高めることは、革新的治療の開発につながる可能性があり、そのインパクトには計り知れないものがある。特に、本研究のような広帯域の機能的ネットワークに注目した研究は世界でも最先端のもので本邦ではいまだ稀少でその意義は大きい。

非侵襲脳計測 / 機能的MRI / 記憶 / 行動意図 / 予測 / 計画立て / 内側前頭-側頭-頭頂葉 / 神経活動モデリング

本研究では、人間が将来行おうと計画した行動意図の遂行され易さを個人の脳活動データの時空間パターンから予測するための計算アルゴリズムを探る。特に、機能的MRIによって神経活動から数秒遅れて観測される脳血液動態データ(MRI-BOLD信号)をデコンボリューション演算によって実時間的な神経活動の時系列に変換し、BOLD信号のみからでは求めることが困難であった時間横断的な神経活動データ解析による検討を試みる。
平成20年度は、計画した行動意図を遅延・干渉をはさんで想起・実行する課題において計測された被験者の脳内のMRI-BOLD信号をデコンボリューションし、この課題中の実時間的な神経活動の時系列データを脳全体にわたって推定、算出した。課題における被験者の行動特性として、干渉中の課題の反応が速いほど引き続く行動意図の想起・実行の反応が遅いというトレードオフ関係が見られた。そこで、干渉課題と意図想起・実行との間での反応速度の差を各意図の想起・遂行のされ易さの行動的な指標として利用し、神経活動の時空間パターンとの対応を調べた。その結果、干渉課題中の左内側前頭皮質の活動が高いほど意図想起・遂行時の右内側前頭皮質の活動が高く、さらにそのときに干渉課題と意図遂行との間の行動的なトレードオフが大きくなる(すなわち干渉が抑えられて行動意図が遂行され易くなる)という結果を得た。この結果は、脳内での時間横断的な神経活動パターンが引き続く記憶・行動反応を動的に制御する機構を示唆し、BOLD信号デコンボリューションによる脳内神経活動の時空間解析が引き続く行動の予測に有用であることを示すものである。
また、これと併行して、実験動物から記録した実際の神経活動データに対し、非負行列因子分解を応用した新しい空間的神経活動分類アルゴリズムの開発・検討を行った。

【研究分担者】
宇佐美憲一	国立研究開発法人国立成育医療研究センター	臓器・運動器病態外科部	医師	(Kakenデータベース)
手塚正幸	自治医科大学	医学部	助教	(Kakenデータベース)
中嶋剛	自治医科大学	医学部	講師	(Kakenデータベース)
佐藤信	自治医科大学	医学部	臨床助教	(Kakenデータベース)
高橋宏知	東京大学	先端科学技術研究センター	准教授	(Kakenデータベース)
大谷啓介	自治医科大学	医学部	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
渡辺正峰	東京大学	工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)