【研究領域課題番号】20H00574 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エクソソーム / 加齢 / 運動 / 脳 / うつ / バイオマーカー / BDNF / 機能性食品 / 骨格筋 / 分子メカニズム / 炎症 / 酸化ストレス / 生理活性因子

【研究成果の概要】

【目的】脳由来神経栄養因子BDNFは神経細胞の発生、成長、維持、再生を促進させるが、
最近の研究からうつやアルコール依存において血中BDNF量が減少することが示されており、うつ病のバイオマーカーや治療標的として注目されている。また、BDNFは脳以外の腸管粘膜においても発現することが明らかになっており、脳腸相関の観点から食による腸由来BDNFの制御が脳機能制御に重要な役割を果たす可能性がある。近年の研究から食品成分によって腸細胞から分泌されるエクソソームにより脳機能が制御されることが示唆されている。そこで本年度の研究では、腸細胞に作用しBDNFやエクソソームの分泌を促す食品因子を同定することを目的とした。
【方法】BDNFの分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の食品成分を作用させ、BDNFの分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のBDNFタンパク質量を測定した。エクソソーム分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の上記実験と同じ食品成分を作用させ、エクソソーム膜局在タンパク質であるCD9（エクソソーム量のマーカータンパク質）の分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のエクソソーム量を測定した。
【結果と考察】BDNF分泌に関する研究では、本年度に検討した食品成分について、BDNFの分泌を促進するものは同定されなかった。また、エクソソーム分泌に関する研究では、CD9をマーカーとしたエクソソーム分泌に対する食品成分の影響を検討した。その結果、4種の成分がエクソソーム分泌を促進することを明らかにした。現在、この作用に関して特許出願の準備を進めている。また、関連する情報収集のために総説を作成し、論文発表も進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)

【研究領域課題番号】19KK0247 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胎児 / 脳 / MRI / 発達 / 運動 / 胎動 / 縦断研究 / 脳溝 / cineMRI

【研究成果の概要】

ウィーン市立総合病院で撮像された胎児期の脳の構造画像(MRI T2)、及び全身運動画像（SSFP法を用いたcine MRI）を対象として、胎児の脳のマクロな形態発達と胎動の発達を明らかにするため、日本側グループで行う分析を進めた。

脳のマクロな形態の発達の分析に関しては、脳領域に応じた成長の違いをプロトマップ仮説に基づいて説明できるかどうかについて検討を行った。そのために、脳室の表面から皮質表面への垂線と、そのまわりで特定の立体角を持つ放射状線維群を仮想的に求め、脳領域に応じた放射状線維の密度を推定するプログラムを作成した。異なる在胎週数のデータについて、この分析を行った結果、シルビウス裂周囲の脳領域で高い線維密度が得られる傾向が明らかになった。一方、連合線維の発達をサブプレート接線方向ネクサス仮説に基づいて説明できるかどうかについて検討を行った。脳表の２点をランダムに選んで測地線を求め、測地線の通過密度より白質線維束を仮想的に求めるプログラムを作成した。この方法で、主要な連合線維の形成を説明できる可能性を示唆する結果が得られた。

cine MRIによる全身運動画像の分析においては、少数のデータセットで四肢の特徴点を有効に抽出できることを示した。その一方、多くのデータセットでは四肢が計測領域から外れてしまう問題点が明らかになった。そこで、どのデータでも抽出が可能であると考えられる体幹の動きに焦点を当て、それらをフレームごとに抽出し、運動の時系列データの分析を行うことを開始した。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2019-10-07 - 2023-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】身体教育学

【研究領域課題番号】16K16483 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

音楽神経科学 / 音楽 / リズム / 個人差 / 知覚 / 生成 / HBAT / iOS / ハーバードビート評価テスト / NIRS / 統合失調症 / 神経科学 / VBM / 脳 / 運動 / 時間 / MRI

【研究成果の概要】

リズム知覚生成の個人差に関する音楽神経科学研究を実施した。iOS版ハーバード式ビート評価テスト(HBAT)の開発と信頼性評価を行い、リズム知覚生成の個人差をiPhoneやiPadで簡便に客観評価できる手法を開発した。核磁気共鳴画像法(MRI)・赤外線スペクトロスコピー(NIRS)による脳機能構造評価を実施し、HBATで評価したリズム知覚の個人差に小脳灰白質構造の個人差が関連していること、HBATでテンポ変化知覚を行う際、運動前野、補足運動野の脳活動が増大していることを明らかにした。さらにリズム知覚生成の国際文化比較を行い、日本人のリズム知覚生成の特徴を明らかにした。

【研究の社会的意義】

音のリズムを聴き取る能力や身体をリズミカルに動かしリズム音を生成する能力(リズム知覚生成能力)には大きな個人差がある。本研究の学術的・社会的意義は、客観的かつ簡便に音楽リズムの知覚生成能力を評価できる方法を開発した点である。本研究で開発したiOS版HBATを用いれば、いわゆる「リズム感」をスマホやタブレットを用いて客観的・定量的に評価でき、教育や臨床など様々な場に応用できると考えられる。リズム知覚生成能力の個人差に関わる脳機能構造・文化差を明らかにした本研究の成果は、ヒトの脳内における時間情報処理の基礎的メカニズムや、ヒトの音楽性の脳内起源の一端を解き明かした点で、学術的的意義があると考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2021-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】認知科学

【研究領域課題番号】20670001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化・発達 / 発達脳科学 / 複雑系 / 身体 / 発達 / 脳 / 運動 / 知覚 / ニューロイメージング / ネットワーク / 発達障害 / 言語 / 音楽 / 大脳皮質 / 自発活動 / 視線 / 乳児 / 視聴覚 / 睡眠 / U字型 / 近赤外分光法 / 神経ネットワーク / 自発運動 / 学習 / 脳機能イメージング

【研究成果の概要】

乳児期の脳と身体の活動が示す動的特徴は、認知発達の重要な拘束条件であると考えられる。本研究では、NIRSによる脳機能イメージングにより、視聴覚や言語に関わる脳の機能領域とネットワークの初期発達過程を明らかにした。また、自発運動を通じた認知的行動の変化や、自発運動と長期的発達の予後と関連を示す現象を提示した。発達における領域一般性と固有性、多重な時間スケールでの発展、予測性の発現等の理解に貢献した。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】104,000千円 (直接経費: 80,000千円、間接経費: 24,000千円)

【研究分野】身体教育学

【研究領域課題番号】19650158 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / パフォーマンス / 感覚情報 / 自律神経 / 脳 / 情報処理能力 / 視覚的情報 / 走行面勾配感覚

【研究成果の概要】

運動強度が徐々に漸増し疲労困憊に至るランプ負荷運動を課し,運動に対する中枢の関与を傍証する目的で,運動中は,定期的な時間間隔で痛み閾値を測定する実験をまず実施した。運動中を通して温熱刺激に対する痛み閾値を1分毎に調べた。併せて交感神経出力の指標として瞳孔径も測定した。その結果,安静時に比較して,ランプ負荷運動中,有意な差異を認められなかったが,瞳孔径はAT付近の運動強度を境に増大した。この実験の結果を,研究への協力ならびに助言者として来日いただいた,Dr. B. J. Whipp(英国・Leeds大学)と協議し,運動強度と時間の組み合わせを考慮する必要性,また知覚系の測定も行う必要性が認識されたので,次の実験を計画した。3段階の運動強度(低・中・高強度)での一定負荷運動で,それぞれのエネルギー消費がほぼ等しくなるような運動時間を設定し,運動中と後で,電気刺激に対する知覚ならびに痛みを感じる閾値と脳の情報処理能力(カラーワードコンフリクトテスト:CWCT)を測定し,運動前と比較した。知覚感覚閾値はすべての運動強度で,運動中,有意に低下した。さらに中・高強度運動では,運動直後もその状態が継続した。痛み感覚閾値は,中・高強度運動で同様に,運動中に有意な低下を示し,運動直後も継続した。情報処理能力は必ずしも仮説に反して,CWCTの正答率が運動強度による違い(影響)は特に認められなかった。これらの結果は,運動強度が増大するにつれて,上位脳の活動が運動に占有されてくる度合いが大きくなり,痛みの処理までできなくなるという仮説は支持するものであったが,このことと上位脳の情報処理能力への影響は必ずしも同じように起こるというわけではなく,脳の有する複雑さと,今後のさらなる研究の必要性を示した。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】18200041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スポーツ生理学 / メンタルヘルス / 運動処方 / 自律神経機能 / 大脳皮質運動野 / 反応時間 / 経頭蓋磁気刺激 / 運動誘発電位 / 交感神経 / 骨 / 高血圧自然発症ラット / 6遮断薬 / 健康スポーツ科学 / 応用健康科学 / 体力医学 / 運動療法 / 動脈スティフネス / 慢性疲労 / 運動 / ACTH / 血流量 / 近赤外分光装置 / 前頭前野 / 一次運動野 / 運動誘発性ストレス / PET / 糖 / 前頭連合野 / 二次視覚野 / 思考 / 脳 / 最大酸素摂取量 / 乳酸 / 骨格筋 / 情動

【研究成果の概要】

身体運動がメンタルヘルス改善効果をもたらすメカニズムを分子・細胞レベルにおいて実験動物及びヒトを対象として検討し、運動動処方プログラム開発のための基礎的資料を得ることを目的とした。長期間の運動トレーニング及び一過性の運動は、大脳皮質運動野における脳神経細胞の形態的、機能的変化を引き起こし、結果的にメンタルヘルスの改善がもたらされる可能性が考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2009

【配分額】48,360千円 (直接経費: 37,200千円、間接経費: 11,160千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】13780029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / アミロイド前駆体蛋白 / 痴呆 / 脳 / 神経細胞 / トレーニング / 大脳 / 筋肉 / presenilin 1

【研究成果の概要】

加齢にともない脳内の神経細胞が変性、脱落する。この加齢にともなう神経細胞死に対して、運動に抑制効果があるかどうかについて我々は研究を進めている。今年度は、持久性トレーニングが、脳内のアルツハイマー型痴呆関連物質[アミロイド前駆体蛋白(APP),presenilin-1,リン酸化タウ(PHF-tau)]の蛋白量を変化させるかどうかについて、免疫組織化学的手法を用いて調べた。Wistar系の雄ラットを用い、生後4週齢時から10週間の持久性走トレーニング(速度20m/min、1日60分、頻度週に5回)を施した。トレーニング終了後、ラットの大脳、小脳,脊髄を摘出し、各種蛋白の発現量を安静群(Control)と比較検討した。大脳において、APP, presenilin-1とも海馬のCA1,CA3領域の錐体細胞、歯状回の顆粒細胞、さらには大脳皮質の錐体細胞層に免疫活性が認められた。しかしながら持久性トレーニングによる有意な免疫活性の変化は認められなかった。小脳においては、APP、Presenilin-1とも顆粒細胞、プルキニエ細胞に発現が認められたが、定期的な運動による分布様相の変化はみられなかった。以上のことから若齢のラットにおいて、持久性トレーニングは中枢神経系におけるアルツハイマー型痴呆関連物質に量的な変化を引き起こさないことがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】11780059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経栄養因子 / 運動 / 脳 / 筋肉 / リン酸化

【研究成果の概要】

一過性の運動が、脳内の神経栄養因子の受容体を活性化するかどうかについて調べた。Wistar系の雄ラット(6週齢)を用い、走運動は5m/分のスピードから開始し,5分毎に5m/分づつ漸増、20m/分になった時点から30分間の運動を行った(合計45分間)。運動終了後、30分,1,2,4,8,12,24時間後にラットの大脳、小脳、脊髄を摘出した。免疫沈降には組織サンプルを160-600μg使用し、TrkB、TrkCに対する抗体はそれぞれ0.5μg,1.0μg用いた。免疫沈降物を電気泳動した後にニトロセルロース膜に転写し、リン酸化チロシンを認識する抗体で神経栄養因子受容体の活性化の有無を調べた。その結果、大脳、小脳において運動1-12時間後までTrkB(BDNFとNT-4の受容体)のリン酸化が認められた。一方脊髄においては、運動後30分からすでにTrkBが活性化しており、運動後24時間が経過してもそのリン酸化が確認された。また大脳においてTrkC(NT-3の受容体)の活性化が、運動4,8,12時間後に確認された。小脳におけるTrkCの活性化は運動1-8時間後に認められたが、運動後の脊髄におけるTrkCのリン酸化はみられなかった。以上のことから、運動は神経栄養因子の受容体を活性化することで、脳内の神経細胞の生存・維持を促す可能性がある。加齢にともなう神経細胞の変性・脱落にも運動の効果が期待できるかもしれない。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)