【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)

【研究領域課題番号】19H01086 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳 / 腸内細菌 / 発達 / リズム / 脳波 / NIRS / 共生 / 腸 / 乳児 / 自発活動 / EEG

【研究成果の概要】

発達期の脳を対象とし、機能的近赤外分光法(fNIRS)及び脳波計測を行い、生後３ヶ月児に生じる静睡眠中の紡錘波が、近傍の脳領域で脳血流の減少を引き起こすことを明らかにした。モデル研究により、脳の自発活動、脳血流、酸素代謝のリズムが、自発的に統合される機構を示した。16SrRNAメタゲノム解析による腸内細菌叢の分析と脳機能計測と分析を同時に行い、それらの間のあり得る関連性を実証するための基盤となるデータを得た。さらに、個人内の腸内細菌叢の生後発達の詳細について、100回以上に及ぶ強縦断データを得た。

【研究の社会的意義】

乳児期の脳の発達において、睡眠紡錘波の生成が、脳の血流変化を通じて、脳の維持機構を担う可能性を示した。また、腸内細菌叢との共生が脳の発達に及ぼす影響を実証するための基礎的なデータを得た。脳の発達と共生に関する新たな考え方を示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)

【研究分野】身体教育学

【研究領域課題番号】15K12619 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳 / 発達 / 進化 / 乳児 / 頭蓋 / 形態

【研究成果の概要】

生後３ヶ月から２２ヶ月の１６名のヒト乳幼児の頭部の磁気共鳴画像(MRI)を用いて、脳と頭蓋の形態の特徴点を抽出し、サイズと形態の変化について分析を行った。脳の特定の領域に形態の変異の大きな場所があること、頭蓋は前後左右で異方的に成長すること、脳と頭蓋の特徴点の相対的な位置関係は安定していることが明らかになった。発達における脳と頭蓋の形態の多様性が、脳の進化につながる可能性を議論した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】基盤・社会脳科学

【研究領域課題番号】26242086 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発達 / 脳 / 睡眠 / 乳児 / 脳波 / NIRS / ネットワーク

【研究成果の概要】

睡眠時の乳児における脳の機能的ネットワークの発達を調べる研究を行った。生後２ヶ月および３ヶ月児を対象とし、睡眠中の脳活動の計測を行った。昼間に研究室に来訪した乳児が自然に入眠した状態で、脳の広い領域をカバーする94チャンネルNIRSを装着した。また、睡眠状態(sleep state)を計測するために、脳波および眼電計測用の電極を装着した。睡眠中の体動等の行動をビデオで観察しながら、約 20分程度の計測を行った。計測終了後、脳波・眼電および行動より、30秒ごとに睡眠を動睡眠と静睡眠とに分類した。NIRSによって得られた酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの相対的濃度変化に関する時系列データに関して、５分以上同一の睡眠状態が継続するエポックを抽出し、機能的ネットワークの指標として、すべてのチャンネル間の時間相関や位相同期の計算を行った。睡眠状態に応じた機能的ネットワークの変化に着目した分析を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2015-03-31

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】26220004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生命情報 / ダイナミクス / 脳 / 発達 / 胚発生 / 乳児 / fNIRS / MRI / 胎児 / 睡眠 / NIRS / 複雑系 / ネットワーク / 新生児 / 形態形成

【研究成果の概要】

ヒトの脳の形態形成から行動生成に至る初期発達のダイナミクスの解明を目指した。胚子・胎児標本のMR顕微鏡画像、CT画像、連続組織切片画像等から、脳の三次元情報を抽出し、形態形成の基本的な現象を明らかにした。新生児期のfNIRS計測で、血液酸素化動態と脳の自発活動の発達を鋭敏に示す指標を発見した。乳児期のfNIRSや脳波の計測より、睡眠覚醒によって変化する機能的ネットワークや感覚処理の基本性質を明らかにした。脳の自発活動の起源、皮質の折れ畳みと神経活動の共依存的発達、反応拡散系と神経回路網を包含する理論的枠組みを提案した。

【研究の社会的意義】

世界的にも貴重な胎児標本群を用い、脳構造の三次元情報を抽出することで、脳の初期の形態形成の基本的な理解に大きく寄与した。新生児・乳児のfNIRS計測を行い、自発活動に関連する新たな指標や現象の発見により、脳の生理学的発達、睡眠や知覚処理の発達の理解に貢献した。脳の構造や活動の発達機構のダイナミクスを理論的に理解するモデルを提案し、ヒトの脳の発達を理解するための理論的枠組みを提示し、これまで交流の少なかった研究領域を融合して新たな研究領域を開拓した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】191,880千円 (直接経費: 147,600千円、間接経費: 44,280千円)

【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】神経科学一般

【研究領域課題番号】19100005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス回路 / シナプス刈込み / グルタミン酸受容体 / カルシウムイオン / シナプス / 脳 / 発達 / 小脳 / 大脳皮質 / バレル / カルシニューリン / 臨界期可塑性 / CaMキナーゼ

【研究成果の概要】

生まれたばかりの個体のシナプス回路は、過剰で重複の多い混線回路である。生後早期の発達過程において、環境刺激や経験・訓練・学習に伴うシナプスの使用状況や神経活動の強弱に応じて、競合的なシナプス回路の強化と除去が起こる。その結果、未熟なシナプス回路は機能的で正確な投射関係を備えたシナプス回路へとリファインされ、正常な脳機能の発現基盤が完成する。この発達過程を経ることにより、ヒトでは臨界期と呼ばれる年少期において、ほとんどの高次神経機能ー認知、言語、楽器演奏、スポーツ、知能、思考、性格、社会性などーが飛躍的に発達する。現在、シナプスに発現するグルタミン酸受容体の活性化とそれによるシナプス後側ニューロンへのカルシウム流入が、この活動依存的シナプス選別過程を制御していることがわかっている。しかし、カルシウム濃度上昇が、一体どのような分子細胞メカニズムを通してシナプス回路の強化と除去を制御しているかについては、ほとんど不明であった。本研究では、カルシウム依存的な活動依存機構とこれに対抗する機構とが拮抗してシナプス回路発達を制御するという作業仮説を立て、これを神経解剖学・神経生理学・発生工学などの手法を用いて個体レベルで検証することを目的とした。本研究の推進により、小脳ではP/Q型カルシウムチャネルが登上線維によるプルキンエ細胞支配の形成・維持を制御し、大脳ではNMDA型グルタミン酸受容体やその制御調節に関わるグルタミン酸トランスポーターが体性感覚系シナプス回路発達を制御することを明らかにした。また、平行線維によるプルキンエ細胞支配をGluD2-Cbln1-ニューレキシンによる分子間相互作用が媒介し、これがカルシウム依存的な形成・維持機構により促進される登上線維支配と拮抗していることも判明した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】116,870千円 (直接経費: 89,900千円、間接経費: 26,970千円)