脳統合イメージング


教授 花川 隆
Takashi Hanakawa, M.D., Ph.D. btn

磁気共鳴画像(MRI)を始めとする非侵襲脳構造・機能計測の進歩は目覚ましく、ヒトの脳の正常な電気・化学的情報伝達網の状態と精神・神経疾患に伴う異常を様々な角度から明らかにしている。しかし、非侵襲脳構造・機能計測から得られる知識と、伝統ある神経解剖学・神経病理学的知識の間には埋めるべきギャップがある。当分野は、脳内の情報伝達網の構造と機能を、微視から巨視レベルまで統合的に可視化する技術と、脳活動に対する神経工学的介入技術の開発を通じ、精神・神経疾患を克服するための知識ネットワークを構築していく。

研究・教育について

ヒト中枢神経の情報処理は、数百兆個とも言われるシナプスが形成する情報伝達網により行われる。このように複雑なシステムから発現する機能の原理の解明には、細胞レベルの微視的構造や機能の理解と同時に、複雑さゆえに生まれるシステム特性の巨視的な理解が必要である。当分野は、脳の機能と構造を、微視的レベルから巨視的レベルまで、シームレスに計測する技術の開発を目指す。
ヒトを対象とした多モーダル脳構造・活動計測研究では、空間定位能に優れたMRIを中核技術として用い、運動、感覚、認知、情動など脳のモジュール機能とその統合メカニズムの理解を目指すとともに、神経疾患への治療応用を見据え、時間分解能に優れた脳波(EEG)に機械学習技術を応用した神経工学的介入技術の開発を推進する(図1)。
ヒトの脳構造MRI研究は、学習により脳灰白質容積が増加するなどの神経科学的に未知の巨視的神経可塑性の存在を明らかにした。しかし、巨視的神経可塑性の背景となる神経生物学的メカニズムは不明である(図2)。この謎の解明のため、MRI信号を細胞・組織の情報で説明するための技術開発を推進し、技術を病理検査や解剖教育にも活用したい。

(図1)多モーダル脳活動計測技術開発:脳波信号から直接運動意図を読み取り外部機器を駆動するBrain-Machine Interface(BMI)の開発と、新しい道具であるBMIを学習する脳の可塑性を理解するためのBMI-磁気共鳴機能画像(fMRI)同時計測(Kasahara et al. 2015; 2018; in prep)

(図2)マクロ神経可塑性研究:(左)学習内容に依存し、特異的な脳部位に灰白質容積の増加―巨視的神経可塑性―が生じる(シアン:言語学習、黄:運動学習、マゼンタ:言語と運動学習に共通)(Hosoda et al. in press)。この巨視的神経可塑性の神経生物学的メカニズムは不明であるが、ヒトを対象に研究することは困難である。(右)げっ歯類の運動学習(Hori et al. 2019)に伴う小脳の巨視的神経可塑を手がかりに、巨視的神経可塑性の神経生物学的メカニズムの解明を目指す


研究業績

  1. Hosoda C, Tsujimoto S, Tatekawa M, Honda M, Osu R, Hanakawa T: Plastic frontal pole cortex structure related to individual persistence for goal achievement. Commun Biol (in press).
  2. Uehara K, Furuya S, Kita K, Numazawa H, Sakamoto T, Hanakawa T: Distinct roles of brain activity and somatotopic representation in pathophysiology of focal dystonia. Hum Brain Mapp 2019.
  3. Hori Y, Ihara N, Sugai C, Ogura J, Honda M, Kato K, Isomura Y, Hanakawa T: Ventral striatum links motivational and motor networks during operant-conditioned movement in rats. Neuroimage
  4. Hanakawa T, Goldfine AM, Hallett M: A common function of basal ganglia-cortical circuits subserving speed in both motor and cognitive domains. eNeuro
  5. Kasahara K, DaSalla CS, Honda M, Hanakawa T: Neuroanatomical correlates of brain-computer interface performance. Neuroimage

研究室

教授:花川 隆
(電話; 075-753-4432, E-mail; hanakawa.takashi.2s(at)kyoto-u.ac.jp)
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