7テスラMRIを用いた興奮抑制バランスとヒト脳ネットワークの動的メカニズムの解明

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本研究課題では、7テスラMRI装置を用いたグルタミン酸とガンマアミノ酪酸 (GABA) の濃度比 (興奮抑制バランス) の動態計測により、運動学習に伴う安静時脳ネットワークの動的変化をもたらす神経機構を解明することを目的とした。一次運動野はピアノ打鍵動作のような系列指運動の遂行のみならず運動学習すなわち記憶形成においても重要な役割を果たすことが知られている。しかし、運動技能を高めるための練習過程において、一次運動野と他の脳領域の関係性は明らかでない。本研究では、練習中の学習情報は目標志向的行動を支えている前頭頭頂実行系ネットワークによってもたらされるという仮説を立てた。記憶痕跡は、神経回路の興奮性および抑制性物質によって制御されたネットワークの結合状態であり、学習過程つまり記憶痕跡形成過程は、脱抑制を伴う局所神経回路の再構築である。脱抑制は脳内神経伝達物質であるグルタミン酸（興奮性）とGABA (抑制性) の比で評価できるが、ヒトで非侵襲的に計測するためには７テスラMRIが不可欠である。そこで、7テスラMRIを用いて、脳血流増加を指標としてネットワーク活動を捉える機能的MRIと脳内の神経伝達物質を計測するMRスペクトルスコピー (MRS) を組み合わせ、系列運動学習課題実施に適応した計測・ネットワーク動態解析系を確立した。これにより、系列指運動学習に伴う記憶表象（engram）のネットワーク結合状態及び代謝状態を評価した。その結果、系列指運動学習の記憶痕跡は一次運動野の脱抑制による一次運動野と前頭頭頂ネットワークとの遠隔結合で表現されることを明らかにした。