A05研究項目

A05-1 脳卒中患者の上肢麻痺回復過程における超適応機構の解明

研究概要

A05-1 研究代表者
出江 紳一

本研究では、脳卒中片麻痺患者を対象とし、上肢使用頻度と身体特異性注意をそれぞれ加速度計と心理物理的手法を用いて縦断的に計測する。また、脳の可塑的な変化をfMRIで計測し、回復過程におけるこれらの関係を解明する。脳卒中患者の上肢麻痺の回復過程における適応機構を解明することにより、本領域における身体・脳の超適応機構の理解に貢献することを目指す。

研究組織

研究代表者 出江 紳一 東北大学 医工学研究科 教授
研究協力者 大瀧 亮二 東北大学 大学院医学系研究科 博士課程学生
須藤 珠水 大内病院 研究員 (東北大学 大学院医学系研究科 非常勤講師)
石母田 竜子 東北大学 大学院医学系研究科 研究事務担当者
会津 直樹 藤田医科大学 保健衛生学部 助教

A05-2 不安障害と回復期にみられる霊長類辺縁皮質-線条体の神経振動の同期現象

研究概要

A05-2 研究代表者
雨森 賢一

不安障害における霊長類の脳機能変容は、辺縁系ネットワーク間の情報伝達の異常によって引き起こされる。我々は前帯状皮質膝前部を中心とした辺縁皮質-線条体の神経振動の過剰な同期が、異常な不安状態を引き起こすとの仮説を立てた。線条体への電気刺激法を用いたマカクザルの不安障害モデルを作成し、マルチサイト記録法により、辺縁皮質-線条体の神経活動を同時記録し、病態期と回復期における神経振動を記録・解析する。

研究組織

研究代表者 雨森 賢一 京都大学 白眉センター 准教授
研究協力者 オ ジョンミン 京都大学 霊長類研究所 博士課程学生
雨森 智子 京都大学 霊長類研究所 技術補佐員

A05-3 ヒト運動前野の超適応メカニズムの解明: 皮質脳波からの電気的コネクトミクス研究

研究概要

A05-3 研究代表者
松本 理器

老化や病態による運動機能低下に対する適応メカニズムの解明のためには、運動前野、および同領域と結合している前頭葉、頭頂葉を含めた神経ネットワークの理解が重要である。本研究では、てんかん外科手術の術前評価のために前頭葉・頭頂葉に頭蓋内電極を慢性留置し、本研究に同意を得られた患者を対象として、留置電極から高次運動課題中の超低周波〜高ガンマ帯域の皮質脳律動を探索する。次に、網羅的な低頻度皮質電気刺激から、皮質間結合を介して皮質・皮質間誘発電位(CCEP)を記録し、脳内の実効的結合の指標として皮質間結合の電気的コネクトームを作成する。作成したコネクトームに関して、グラフ理論における中心性などの構造特徴を抽出し、運動ストラテジーの個人差・てんかん病態によるコネクトームの多様性・変容を明らかにする。
 臨床脳機能マッピングのために運動前野を高頻度電気刺激する場合、運動関連ネットワークが攪乱され、高次運動の変容が出現する。刺激中に他領域に惹起される皮質律動でネットワークの攪乱を、3次元動作計測システムで高次運動の変容を定量評価し、両者の時間・空間的関係から、刺激介入に対する脳の即時の対応メカニズムを明らかにする。
 てんかん外科手術のために臨床的必要性から運動前野の一部を切除する場合は、作成したCCEPによるコネクトーム情報を基に切除領域を除いたコネクトームを再構築する。シミュレーションした切除前後のネットワークの構造変化を術直後の運動障害およびその回復と比較し、ネットワークレベルの運動に関する超適応メカニズムを明らかにする。

研究組織

研究代表者 松本 理器 神戸大学 大学院医学研究科 教授
研究協力者 下竹 昭寛 京都大学 大学院医学研究科 助教
菊池 隆幸 京都大学 大学院医学研究科 助教
宇佐美 清英 京都大学 大学院医学研究科 助教
武山 博文 京都大学 大学院医学研究科 助教
十河 正弥 神戸大学 大学院医学研究科 助教

A05-4 パーキンソン病モデルにおける学習障害回復の基盤となる神経回路再編成メカニズム

研究概要

A05-4 研究代表者
小林 和人

中枢神経系を構成する神経回路は、障害や損傷に対して大規模な再編成を示し、機能の代償や回復に重要な役割を果たす。黒質線条体系ドーパミンニューロンの損傷に基づくパーキンソン病モデルラットは、弁別学習の障害を示すが、試行の継続によりその障害は徐々に回復する。この学習障害回復の神経回路メカニズㇺを解明するために、回復過程における脳内神経活動の動態変化を小動物用PET (positron emission tomography) 技術を応用して全脳レベルで解析することに加え、経路選択的な神経回路操作技術により、中脳(腹側被蓋野:ventral tegmental area/VTA)から側坐核(nucleus accumbens/NAc)へ投射するドーパミン神経系の役割の解明に迫る。

研究組織

研究代表者 小林 和人 福島県立医科大学 医学部 教授

A05-5 ヒト脳・脊髄 間接運動経路の活性化を最大化する脳刺激法の決定

研究概要

A05-5 研究代表者
阿部 十也

手指巧緻運動を担う運動経路は二種類ある. 一次運動野(M1)からの入力を単シナプスで脊髄に送る直接経路, 両側M1からの入力を統合して脊髄に送る間接経路である. 我々は, 右利きヒトにおいて, 利き手・右手で直接経路を, 非利き手・左手で間接経路が動員されることを初めて示した. 直接経路が傷害された時、間接経路が手指巧緻運動を代償できる. 間接経路の機能に着目した神経リハビリテーション治療法は提案されていない. 本研究では, 左手モデルを用いて, 間接経路を活性化させる脳刺激法を開発する. 経頭蓋直流電流刺激法を用いる. 両側M1に対する促進性・抑制性刺激を組み合わせて間接経路の活性化を最大化させる. この成果をもとに新しいリハビリテーション治療法の提案を行う.

研究組織

研究代表者 阿部 十也 国立精神・神経医療研究センター 脳病態統合イメージングセンター 室長

A05-6 脳内出血後のリハビリテーションによる運動回復に伴う運動調節系変化の解析

研究概要

A05-6 研究代表者
飛田 秀樹

脳血管障害後の有効なリハビリテーション法に、麻痺側上肢の集中的な使用(CIMT法)がある。内包部の小出血により大きな運動機能障害がみられる内包出血モデルラットを用い、CIMT法の作用機序に取り組んでいる。これまでに、脳出血後のCIMT法による運動機能が回復すること、運動野-赤核間の神経回路(皮質赤核路)に因果関係があること、さらに皮質網様体路が代償しうることを明らかしてきた。しかし、CIMT法による機能の獲得過程において小脳を介した調節機構のダイナミックな変化は未だ不明である。本研究は、二重ウイルスベクター感染による赤核脊髄路や赤核オリーブ核路等の選択的遮断法を用い、脳出血後のCIMT法による運動機能の回復過程で小脳が関与する調節機構の適応的変化を解析する。

研究組織

研究代表者 飛田 秀樹 名古屋市立大学 大学院医学研究科 教授
研究協力者 田尻 直輝 名古屋市立大学 医学研究科 准教授
清水 健史 名古屋市立大学 医学研究科 講師
小林 憲太 自然科学研究機構・生理学研究所 ウイルスベウクター開発室 准教授

A05-7 恐怖記憶による不適応状態からの超適応を支える脳領域間ネットワーク変化の制御機構

研究概要

A05-7 研究代表者
宮脇 寛行

動物は強い恐怖を伴う体験により、適切な行動が取れなくなる不適応状態へと陥るが、消去学習が引き起こす超適応により、適応的な行動を再び取れるようになる。本研究課題では、自由に行動しているラットからの多領域同時・大規模電気生理学記録法を用いることで、超適応変化にともなう脳領域間ネットワークの変化とその制御機構を明らかにする。

研究組織

研究代表者 宮脇 寛行 大阪市立大学 大学院医学研究科 助教

A05-8 主体感(Sense of Agency)の精度向上による神経疾患・精神疾患における超適応の促通

研究概要

A05-8 研究代表者
前田 貴記

神経疾患・精神疾患の心身機能を「回復」させるための方法としては、生きる主体の意欲、気分、動機付けなど、意識・アウェアネスのレベルからトップダウンに神経系にはたらきかけるアプローチも重要である。我々は、行為における「主体感:sense of agency」の精度を向上させるリハビリテーション方略を考案したが、神経系の再編成による心身機能の超適応の促通を目指す。いわば、こころ(体験)から脳へと介入し、脳を変えようという試みである。ボトムアップな神経科学的アプローチと相補的に進めることで、超適応が、より高い水準で実現できるものと考える。

研究組織

研究代表者 前田 貴記 慶應義塾大学 医学部 講師
研究協力者 山下 祐一 国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 室長
沖村 宰 慶應義塾大学 医学部
大井 博貴 慶應義塾大学 医学部

A05-9 抑制性ニューロンの観察・操作による巧緻性再獲得のメカニズム解明

研究概要

A05-9 研究代表者
近藤 崇弘

新しい運動技能の獲得、または脳卒中からの回復期において、脳は機能再編成を生じる。この可塑性の調節には抑制性ニューロンが重要な役割を担うと考えられている。また、脊髄損傷後の運動機能回復過程においても脳の機能再編成について数多く報告されているが、抑制性ニューロンがどのように関連性しているかについてはほとんどわかっていない。そこで、本研究ではマーモセット脊髄損傷モデルを用いて、カルシウムイメージングにより運動野のGABA作動性ニューロンの活動を観察することで、運動機能回復過程においてこれらのニューロンがどのような活動変化を示すか追跡する。

研究組織

研究代表者 近藤 崇弘 慶應義塾大学 医学部 助教
研究協力者 佐藤 裕太 慶應義塾大学 理工学部 博士課程学生

A05-10 超適応メカニズムを利用した運動野刺激の除痛効果

研究概要

A05-10 研究代表者
宮田 麻理子

臨床で用いられる運動野の電気刺激による除痛療法(MCS)の詳細なメカニズムは解明されていない。我々は、第一体性感覚野のDysgranular area(Dys)が侵害受容選択性細胞を特異的に有し、運動野(M1)から皮質皮質間の直接路と皮質下視床を介した間接路から豊富な神経入力を受けることを明らかにしてきた。本研究では、M1からDysへの神経情報がMSCの鎮痛効果をもたらすとの仮説を立てた。これを明らかにするために、まず、Dysの活性化が痛覚を誘起させるかを明らかにする。M1からのDysへの皮質皮質間結合(直接路)と皮質下の視床を介した間接路のそれぞれをウイルスベクターにより、チャネルロドプシン(ChR2)で標識し光刺激することで、Dysの侵害応答の変化を明らかにし、数理モデルを組み合わせ、MCSの鎮痛効果のメカニズムを明らかにすることを目的とする。

研究組織

研究代表者 宮田 麻理子 東京女子医科大学 医学部 教授
研究協力者 尾崎 弘展 東京女子医科大学 医学部 助教
金谷 萌子 東京女子医科大学 医学部 助教

A05-11 脳刺激やモチベーション操作による障害側身体空間を志向する神経回路の活性化

研究概要

A05-11 研究代表者
大須 理英子

脳卒中などの中枢神経系の損傷による機能障害を回復し、その機能を維持するためには、障害を受けた身体部位の機能そのものを回復するだけではなく、障害を受けた身体空間に注意を向け、また日常生活の中で、その部位を、意識せずとも積極的に使用したくなる気持ちを醸成することが必要である。すなわち、嫌悪しがち、無視しがちな障害側の身体や空間に対する志向性、preferenceを向上させることが重要である。そこで、本研究課題では、脳刺激による神経モジュレーションやVR技術をつかった空間の操作、モチベーションの操作により、障害側の身体空間へのpreference神経回路を顕在化・活性化する手法とメカニズムを明らかにすることを目指す。

研究組織

研究代表者 大須 理英子 早稲田大学 人間科学学術院 教授
研究協力者 吉田 太樹 早稲田大学 人間科学学術院 博士課程学生
平山 健人 早稲田大学 人間科学学術院 博士課程学生

A05-12 細胞外環境とシナプスコネクトによる超適応機能

研究概要

A05-12 研究代表者
武内 恒成

本研究では、既存の脊髄損傷モデルマウスの生理的回復スピードと機能改善を遥かに凌駕するマウスの作製を試みる。「再生阻害因子コンドロイチン硫酸の不活性化」、さらに積極的に再生を促す「人為的なシナプス形成コネクター導入」を同時に行う。損傷後の神経組みかえを促進させ、迅速な超適応回復を目指す。第2に、その運動回復過程の解析に「AIモーションキャプチャー」による新規運動機能解析システムを導入する。急速な神経組みかえに対応する特徴的な行動変化要素を抽出し、回復過程の神経と運動機能の適応過程を解析するシステムを目指す。マウスモデルをヒトの生理回復系と比較しつつ、機能改善の詳細な評価可能なスループット系構築を目的とする。

研究組織

研究代表者 武内 恒成 愛知医科大学 医学部 教授
研究協力者 笹倉 寛之 愛知医科大学 医学部 助教

A05-13 加齢と疾患による大脳基底核神経路の変遷と再構成を検証する

研究概要

A05-13 研究代表者
藤山 文乃

「加齢」は多くの神経変性疾患のリスクファクターでありながら、加齢と疾患要因とを明確に切り分けて検証する研究はほとんど存在しない。私たちはこれまで単一神経標識など遺伝子工学を取り入れた形態学的手法を用いて、従来の直接路・間接路スキームとの矛盾を指摘してきた。本研究では、若年および老齢の動物を用いて、ドーパミン量の変化を勘案しながら、大脳基底核神経路がどのように作り変えられているかを解明する。

研究組織

研究代表者 藤山 文乃 北海道大学 大学院医学研究院 教授
研究協力者 苅部 冬紀 北海道大学 大学院医学研究院 助教
平井 康治 同志社大学 大学院脳科学研究科 助教

A05-14 超適応によって脳機能を回復させるための先進的基盤技術開発

研究概要

A05-14 研究代表者
正水 芳人

本研究では、脳機能を回復させるための基盤技術の開発を目指す。具体的には、神経細胞ファイバーを脳に移植し、脳の損傷部位をバイパスする。さらに機能回復過程における脳の活動変化を、長期間、多細胞で同一の神経細胞の活動を観察可能な in vivo カルシウムイメージングで解明する。

研究組織

研究代表者 正水 芳人 理化学研究所 脳神経科学研究センター 副チームリーダー

A05-15 超適応を促進する脳刺激法の開発とその作動メカニズムの解明

研究概要

A05-15 研究代表者
西村 幸男

うつ病などの心の病は意欲と活動性を低下させる。故に、うつと相対する意欲の生成に関与する脳領域の活性化が精神機能の改善と活動性・運動機能を向上させるためには重要であると考える。そこで、本研究提案では意欲中枢である側坐核の活性化が精神機能と運動機能を同時に向上させるという仮説を設定し、マカクサルを用いて側坐核への脳深部刺激法を確立する。脳深部刺激による側坐核活性化が意欲と運動パフォーマンスを向上させることを行動学的に証明し、側坐核刺激法が意欲と運動パフォーマンス向上につながる神経機序まで解明する。

研究組織

研究代表者 西村 幸男 東京都医学総合研究所 脳機能再建プロジェクト プロジェクトリーダー
研究協力者 鈴木 迪諒 東京都医学総合研究所 脳機能再建プロジェクト

A05-16 脳損傷後に大脳両半球で生じる適応機構

研究概要

A05-16 研究代表者
肥後 範行

本研究では、私達が開発した内包梗塞モデルマカクを用いて、片側内包後脚損傷後の機能代償に関わる大脳半球を決定づける損傷の要因を明らかにする。さらに各半球で生じる、機能代償の基盤となる脳の構造変化を解明する。

研究組織

研究代表者 肥後 範行 産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門 研究グループ長
研究協力者 山田 亨 産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門 主任研究員
川口 拓之 産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門 主任研究員