| 講演名 | 2015-11-20 ［招待講演］MRIによる全脳神経活動履歴計測 小山内 実(東北大), |
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| 抄録(和) | 近年脳・神経系の機能解析を目指した Ca^{2+} イメージングが盛んに行われている。これは活動電位に伴い神経細胞内に Ca^{2+} が流入するという性質を利用し、Ca^{2+} 濃度変化を多細胞から同時に計測することにより、神経回路のダイナミクスの解明を目指すための方法である。しかし、Ca^{2+} イメージングでは脳全体の活動を可視化することは困難である。脳神経疾患の多くは、神経活動の異常により発症すると言われているが、どの領野のどのような神経活動の変化が病態に関与しているのか明らかではない。この問題解決のためには、全脳の神経活動計測が必要である。そこで我々は、活動依存性マンガン造影 MRI (Activation-Induced Manganese-enhanced MRI; AIM-MRI) に着目した。Mn^{2+} が Ca^{2+} と同様に電位依存性 Ca^{2+} チャネルを透過し細胞内に蓄積するという原理から、AIM-MRI は神経活動の履歴を計測できると言われている。我々は、まず細胞への Mn^{2+} 流入が神経活動依存的であることを確かめた上で、AIM-MRI を定量的に改良した qAIM-MRI を パーキンソン病 (PD) モデルマウスに適用し、神経活動が変化した領域の可視化を試みた。その結果、PD により神経活動が上昇している領野を可視化することに成功した。その中でも背側線条体の神経活動が PD の重篤度と相関していることが明らかとなった。我々の結果は、qAIM-MRI による全脳神経活動マッピングが可能であることを示し、この手法が様々な脳神経疾患の機序解明や、早期診断法開発へ発展することを示した。 |
| 抄録(英) | Recently, visualization of the dynamics of intracellular Ca^{2+} increased by the neuronal action potentials (Ca^{2+} imaging) has been widely used for raveling the functions of the nervous systems. The Ca^{2+} imaging can record the multicellular activities simultaneously, however, it can hardly visualize the whole brain activities. Thus, for visualizing the whole brain activities, we used one MRI technique, activation-induced manganese-enhanced MRI (AIM-MRI), which is based on the use of Mn^{2+} as a surrogate marker of Ca^{2+} influx. Therefore, it is known that AIM-MRI can measure the history of the neuronal activities in whole brain. After confirmation of the dependency of Mn^{2+} accumulation to neuronal activity, we demonstrated that AIM-MRI with quantitative determination of the longitudinal relaxation time (qAIM-MRI) reveals the severity of Parkinson’s disease (PD) in mice. A highly active region was then observed by qAIM-MRI in the caudate-putamen in PD-model mice that was significantly correlated to the severity of PD, suggesting its involvement in the expression of PD symptoms. Our results provide a foundation for the development and application of quantitative activity mapping in the entire brain using qAIM-MRI for the study and diagnosis of various neurological disorders. |
| キーワード(和) | 脳 / 神経 / 脳神経疾患 / カルシウム / マンガン / イメージング / MRI / パーキンソン病 |
| キーワード(英) | Brain / Nervous system / Neurological disorder / Calcium / Manganese / Imaging / MRI / Parkinson’s disease |
| 資料番号 | MBE2015-55,NC2015-39 |
| 発行日 | 2015-11-13 (MBE, NC) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | MBE / NC |
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| 開催期間 | 2015/11/20(から2日開催) |
| 開催地（和） | 東北大学 |
| 開催地（英） | Tohoku University |
| テーマ（和） | BCI/BMIとその周辺, 一般 |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 小林 哲生(京大) / 斎藤 利通(法政大) |
| 委員長氏名（英） | Tetsuo Kobayashi(Kyoto Univ.) / Toshimichi Saito(Hosei Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 福岡 豊(工学院大) / 佐藤 茂雄(東北大) |
| 副委員長氏名（英） | Yutaka Fukuoka(Kogakuin Univ.) / Shigeo Sato(Tohoku Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 中村 和浩(秋田脳研) / 田中 久弥(工学院大) / 堀尾 恵一(九工大) / 田中 宏喜(京都産大) |
| 幹事氏名（英） | Kazuhiro Nakamura(akita noken) / Hisaya Tanaka(Kogakuin Univ.) / Keiichi Horio(Kyushu Inst. of Tech.) / Hiroki Tanaka(Kyoto Sangyo Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 笈田 武範(京大) / 堀江 亮太(芝浦工大) / 神原 裕行(東工大) / 秋間 学尚(東北大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Takenori Oida(Kyoto Univ.) / Ryota Horie(Shibaura Inst. of Tech.) / Hiroyuki Kanbara(Tokyo Inst. of Tech.) / Hisanao Akima(Tohoku Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on ME and Bio Cybernetics / Technical Committee on Neurocomputing |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | ［招待講演］MRIによる全脳神経活動履歴計測 |
| サブタイトル（和） | 原理から応用まで |
| タイトル（英） | [Invited Talk] Non-invasive analysis of the whole brain neuronal activity using MRI |
| サブタイトル（和） | from fundamental to application |
| キーワード(1)（和/英） | 脳 / Brain |
| キーワード(2)（和/英） | 神経 / Nervous system |
| キーワード(3)（和/英） | 脳神経疾患 / Neurological disorder |
| キーワード(4)（和/英） | カルシウム / Calcium |
| キーワード(5)（和/英） | マンガン / Manganese |
| キーワード(6)（和/英） | イメージング / Imaging |
| キーワード(7)（和/英） | MRI / MRI |
| キーワード(8)（和/英） | パーキンソン病 / Parkinson’s disease |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 小山内 実 / Makoto Osanai |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 東北大学(略称：東北大) Tohoku University(略称：Tohoku Univ.) |
| 発表年月日 | 2015-11-20 |
| 資料番号 | MBE2015-55,NC2015-39 |
| 巻番号（vol） | vol.115 |
| 号番号（no） | MBE-317,NC-318 |
| ページ範囲 | pp.15-15(MBE), pp.19-19(NC), |
| ページ数 | 1 |
| 発行日 | 2015-11-13 (MBE, NC) |