3 統合生理研究系 感覚運動調節研究部門(柿木隆介教授)の評価

3.1 Rolf-Detlef Treede教授 (ドイツ Heidelberg大学)

Site visit NIPS Okazaki, November 04, 2010

Following the 29th International Conference on Clinical Neurophysiology in Kobe, I was invited by Prof. Ryusuke Kakigi to do a site visit of the Department of Integrative Physiology at the National Institute of Physiological Sciences in Okazaki. I know Prof. Kakigi since the early 1990ies due to our common interest in laser-evoked potentials, a validated technique for the assessment of nociceptive pathways in humans that is being used to document nociceptive deficits in patients and to discover the functional connectivity of the nociceptive network in the human brain. I have been to Okazaki several times, and I always enjoy my visits to NIPS for scientific discussions and to Okazaki to see the sites of the birthplace of Ieyasu Tokugawa.

Professor Kakigi trained as a neurologist at Kyushu University (Prof. Kuroiwa), collaborated with Prof. Hiroshi Shibasaki (Kyoto) and Prof. Steve J. Jones (London) on somatosensory system electrophysiology in humans, and became chair of the research project on sensory and motor functions at NIPS in 1993. Regular annual reports from his laboratory testify to the impressive productivity of this group. Original publications in English were 15 in 2005, 23 in 2006, 18 in 2007, 20 in 2008 and 24 in 2009. In addition, Prof. Kakigi and his team published 7 review papers and 17 book chapters in English plus 50 papers in Japanese over the same 5-year period. These publications cover a broad range of topics in sensory and motor systems functions in humans (pain, itch, visual and auditory systems) using a variety of techniques including psychophysics, MEG, EEG, NIRS, and fMRI. Two papers published between 2005 and 2009 were already cited 41 times each: Brain (2006) 129:2593-2608: on AEF and musical training, CLINPH (2005) 116:743-763: on electrophysiological studies on human pain perception. Prof. Kakigi also had public appearances in TV science shows and new findings are related to the general public by press releases, most recently a study on the processing of familiar and unfamiliar faces in infants at 7-8 months of age.

The infrastructure at NIPS funds one Associate Professor, one Assistant Professor and one postdoctoral fellow. During the time of my visit, the scientific personnel had been expanded by grants to include 2 PhD students (one from Turkey), 4 postdocs, 3 Assistant Professors, and 2 Associate Professors. Equipment is available for various psychophysical, clinical neurophysiological and imaging techniques. Major pieces of equipment are a 306 channel Vectorview MEG that was acquired in 2002 and records from 3 sensors each at 102 locations (two planar gradiometers plus magnetometer), 24-100 channel EEG, twin Siemens Magnetom fMRI scanners for brain research including interperson interactions, and a 9 channel NIRS for infants (ETG-100, Hitachi Medical, five emitters 4 detectors).

During my site visit I was able to review the following areas of research:

Ryusuke Kakigi (Full Professor):
Prof. Kakigi gave a summary of the pain studies, including measurement of conduction velocity of the human spinothalamic tract, source analyses of Aδ- and C-fiber components of laser-evoked potentials (SI, SII, insula, cingulate cortex, medial temporal lobe), and a microneurography study of peripheral encoding. He then presented evidence that pain imagination is different from fear by preferentially activating the nociceptive network in the brain (SII, anterior insula, cingulate cortex) and less so the amygdala. Prof. Kakigi also summarized studies on the visual system, mostly concerned with face processing in the temporoparietal junction and fusiform gyrus in humans using the N170 visual evoked potential component. Significant findings include a right-hemisphere dominance (T6 ' > T5', concurrent positivity at Cz) and loss of that dominance when inverted faces are being viewed; in the latter situation the N170 is delayed and larger than for upright faces. N170 is also elicited by subliminal stimulation (faces presented for 16 ms are not perceived but still evoke the N170). A study in 4-15 year-old children revealed that the face inversion effect is present only for ages above 10 years. When viewing a face that shifts gaze direction, activity can be detected also in visual areas MT/V5. For this purpose, Prof. Kakigi's laboratory has developed a stimulation techniques that minimizes V1 activation by maintaining luminance stable with blinking random dot patterns; for figure-background discrimination the random dots of the figure remain stationary for a short period of time while the background dots continue to blink (random dots blinking method).

Hidehiko Okamoto (Associate Professor)
Prof. Okamoto, who had spent five years at a renowned Institute in Münster, Germany, presented data on auditory processing. Using complex modulation of auditory stimuli, one of his MEG studies gave evidence that the left hemisphere is specialized in timing information and the right hemisphere in pitch information AEP, which is consistent with the concept that hemispheric asymmetry in the auditory system involves rapid but imprecise processing in the left and precise but slow processing in the right hemisphere. Another study addressed the hypothesis that tinnitus may be due to a lack in lateral inhibition from adjacent frequencies according to the tonotopic representation. Lateral inhibition was trained by listening to music that was filtered by a 1-octave stop-band filter centered at the tinnitus frequency (typically at around 4-8 kHz, control: similar stopband centered at another frequency or unfiltered music). The stopband filter should enhance central representation for sound frequencies at the edges of the stopband; those central neural signals can then exert lateral inhibition on the tinnitus frequency. The treatment was significantly more effective than control treatments for tinnitus loudness and for the steady state AEP from A1 at the tinnitus frequency.

Koji Inui MD (Associate Professor)
Prof. Inui is well known for having invented an intra-epidermal electrical stimulation technique that is relatively specific for Aδ- and C-fiber activation. He reported that stimulation of the forehead with this IES electrode evoked blink reflexes (R2, mediated by the spinal subnucleus of the trigeminal nucleus) that sometimes included a R1 component (thought to be mediated by Aβ-fiber input to the principal sensory nucleus). Aβ- and Aδ-fiber convergence in the principal sensory nucleus was further supported by a double pulse study, where IES preceded conventional Aβ-fiber activation by various interstimulus intervals. R1 was facilitated when the ISI was at least 14 ms, i.e. sufficient time for the Aδ-fiber volley to have reached the nucleus before the Aβ volley over a 160 mm conduction distance (40 m/s: 4 ms, 10 m/s: 16 ms, 12 ms difference).

Kensaku Miki (Assistant Professor)
Prof. Miki reported about maturation of the emotional sensory system for the detection of facial emotional expression. Using EEG, he reported that change in emotional expression led to a N240 in the VEP (T5' and T6' electrodes) 7-10 year-old children, whereas in 22-33 year-old adults the peak latency was 180 ms.

Atsushi Matsumoto (postdoc)
Dr. Matsumoto reported on subliminal semantic priming in visual word processing (subjects had to decide whether a group of characters was a word or not, reaction time is shorter if the test word is preceded by sublimnal presentation of a related word). Using independent component analysis, coherence analysis, and Granger causality, he demonstrated reductions in gamma and alpha band activity by priming and suggested that information flows bottom-up from inferior temporal gyrus to inferior frontal gyrus.

Emi Nakato (postdoc)
Dr. Nakato presented her study on temporal lobe activity (measured by NIRS, oxy-Hb increases) in 7-8 months-old infants that were viewing familiar and unfamiliar faces. The right temporal lobe was activated by all faces, but the left temporal cortex distinguished mother from stranger (only significantly active for mother).

Tomoyo Morita (Assistant Professor)
Prof. Morita reported on self-conscious emotion in autism. She evaluated brain activation during the emotional response to seeing one's own face vs. faces of other people. The correlation and slope of the plot of rated embarrassment vs. rated attractiveness were reduced in autisms and this reduction was associated with changes in basal ganglia, anterior insula, and PCC in fMRI.

Naofumi Otsuru (postdoc)
Dr. Otsuru compared electrical stimulation via the “Inui electrode” (IES) with conventional electrical skin stimulation with and without topical anesthesia by lidocaine tape. The lidocaine tape is supposed to provide sufficient skin anethesia for injections within 30 min (used in children). I this study, pain threshold went up and EP amplitude decreasd at 3-5 hours for IES, but the parameters for normal electrical stimulation were unchanged. These findings suggest that IES may be useful to assess small fiber neuropathy in diabetes.

Tomokazu Urakawa (postdoc)
Dr. Urakawa studied visual change detection using a signal similar to the mismatch negativity recorded in the middle occipital gyrus by MEG. Standard and deviant stimuli (blue and red diodes) provided stimuli while subjects were watching a movie. Although shorter ISIs should lead to more pronounced habituation, the response to deviant stimuli was largest at the shortest ISI (250-2000 ms). These findings suggest that change detection in the visual system involves sensory memory in the primary cortical area.

Prof. Kakigi leads a laboratory that enjoys a high visibility and an excellent reputation at an international level, due to their publications, conference presentations as well as exchange programs for students and faculty members. The atmosphere at his institute is intellectually challenging due to the broad spectrum of topics addressed. Members of his team can learn and employ all techniques necessary for cutting-edge studies into functions of the various sensory systems in humans. His laboratory can therefore be highly recommended for students and postdocs from Japan and abroad. Students and faculty were highly knowledgable in their respective fields and I greatly enjoyed discussing their work with them.

In this time and age dominated by molecular biology, integrative physiology becomes more and more important to put the puzzle of molecular detail into perspective. Internationally the rise of integrative physiology has been slower than anticipated. Therefore, Japan can be congratulated for having such a strong integrative physiology department at NIPS. I hope that Prof. Kakigi and his team will continue to receive the level of funding necessary to pursue and extend their excellent work. I look forward to reading many more papers from this group.

Prof. Dr. Rolf-Detlef Treede
Chair of Neurophysiology
Medical Faculty Mannheim
Heidelberg University, Germany

(和訳)

生理学研究所訪問(岡崎)、2010年11月4日

神戸で開催された第29回国際臨床神経生理学会の後、私は岡崎にある生理学研究所感覚運動調節研究部門(柿木隆介教授)を査察した。私と柿木教授は1990年代前半からの知り合いであり、お互いにレーザー誘発電位と呼ばれる手法を用いて研究を行っている。この手法は侵害受容系に障害を有する患者の痛覚伝導路評価およびヒト脳内における侵害受容ネットワークの機能的結合を明らかにするために有用な手法である。過去にも何度か岡崎を訪れているが、その度に生理学研究所において研究に対する議論や徳川家康誕生地の観光など充実した時間を過ごしている。

柿木教授は、九州大学(黒岩教授)において神経内科医として、柴崎浩教授(京都)やSteve J. Jones教授(ロンドン)と共にヒト体性感覚系の電気生理学的研究を行ってきた。その後1993年に生理学研究所感覚運動調節研究部門の教授に就任された。毎年彼の研究所からは多数の論文が発表され、このことは彼のグループの驚嘆すべき生産性を証明している。2005年には15編、2006年には23編、2007年には18編、2008年には20編、2009年には24編の英文原著論文が発表されている。それに加えてこの5年間に、7編の英文総説、17編の英文著書および50編の邦文論文も発表されている。これらの業績は、心理物理、脳磁計(MEG)、脳波計(EEG)、近赤外線分光法(NIRS)、機能的MRI(fMRI)などの様々なテクニックを用いて、ヒトにおける感覚および運動機能の幅広い領域(痛覚、痒み、視覚、聴覚)を網羅している。2005年から2009年に発表された論文の内、2編はすでに41回引用されている。聴覚誘発電位とmusical trainingに関する研究:Brain (2006) 129: 2593-2608、ヒト痛覚認知に関する電気生理学研究:Clin Neurophysiol (2005) 116: 743-763。柿木教授はテレビの科学番組にも出演しており、一般の方へプレスリリースを通じて最新の知見を発表するなどしている。最近では、生後7--8ヶ月乳児における見覚えのある顔と無い顔に対する脳内情報処理に関する研究をプレスリリースしている。

現在は、特任も含めて准教授2名、助教3名、ポスドク4名、2名の大学院生(内1名はトルコからの留学生)が在籍している。研究環境としては、様々な心理物理、電気生理およびイメージング手法に使用可能な実験装置がある。主要な装置としては2002年より306チャンネル脳磁計(Vectorview)が導入され、102箇所に配置された3センサー(2つの平面型グラジオメーターと1つのマグネトメーター)から脳活動が記録できる。その他にも、多チャンネル脳波計、個人間の相互作用などに関する脳活動研究が可能な2台同時計測用fMRI(Siemens)、乳児用の9チャンネルNIRS(ETG-100, Hitachi Medical)がある。

訪問中、以下の研究領域に対する説明を受けることができた。

柿木隆介教授

痛覚研究における概要の説明を受けた。内容としては、ヒト脊髄視床路における伝導速度測定、レーザーによりAδおよびC線維を刺激した場合に得られる誘発電位の電流源解析(第一次体性感覚野、第二次体性感覚野、島、帯状回、内側側頭葉)、マイクロニューログラフィーによる末梢神経活動の記録に関する研究であった。その後、内的な痛み体験は侵害受容ネットワーク(第二次体性感覚野、島前部、帯状回)を活動させ、扁桃体はほとんど活動しないことから、恐怖とは異なる神経基盤があることを示す研究についても説明を受けた。その他にもN170と呼ばれる視覚誘発成分に関して、側頭頭頂接合部や紡錘状回における顔認知に関する研究を中心とし、視覚系に関する研究概要についてもお話頂いた。N170は右半球優位であり、倒立させた顔を呈示した場合、半球優位性は無くなり正立顔を呈示した場合に比べ潜時は遅くなり反応は大きくなる。N170はサブリミナル刺激として提示した場合も誘発される(16 ms顔を呈示した場合は知覚できないが、N170は誘発される)。4~15歳の児童を対象とした研究は、倒立顔の影響が10歳以上の年齢においてのみ見られることを明らかにした。視線が変化する顔を見ているときの脳活動は、MT/V5の視覚領域において検出される。この目的のために、柿木教授の研究室はランダムドットパターンを明滅させて輝度を一定に保つことによってV1の活性化を最小にする刺激方法であるrandom dots blinking method(背景のドットが明滅し続けている間に、図の形のドットがしばらくの間静止し、背景の中の図を識別させる方法)を発展させた。

岡本秀彦(特任准教授)

ドイツのミュンスターにある高名な研究所に5年間在籍していた岡本博士は、聴覚情報処理過程に関するデータを発表した。彼の一つ目のMEG研究は、聴覚刺激を複雑に組み合わせた課題を用いて、左半球はタイミングの情報処理に、右半球はピッチの情報処理に特化していることを明らかにした。この結果は、左半球における速いが曖昧な処理と右半球における遅いが正確な処理に関与しているという聴覚系の大脳半球の非対称性の概念と一致している。もう一つの研究は、聴覚野における周波数局在(tonotopic)のニューロンが、正常な状態では周辺の周波数をコードするニューロンに対して側方抑制によって働きを抑えているが、耳鳴りではその側方抑制が低下して、ニューロンの活動が亢進することによって起こるという仮説に関するものである。側方抑制は、耳鳴りの周波数(一般的には4-8 kHz、コントロール群は耳鳴りに関係ない帯域をフィルタしたものやフィルタしていない音楽を聞かせた)を中心として1オクターブの帯域をStopband filterした音楽を聞かせることによって調整された。Stopband filterはstopbandした周囲の音の周波数に対する脳の反応を高め、耳鳴りの周波数に対するニューロンに対する側方抑制の影響を及ぼした。この処置は、コントロール群の耳鳴りの大きさや耳鳴り周波数に対するA1反応やAEPのsteady state反応よりも有意に効果的であった。

乾幸二(准教授)

乾博士はAδやC線維を特異的に刺激する表皮内電気刺激方法(intra-epidermal electrical stimulation:IES)を発明したことで広く知られている。彼はこのIES電極を前頭に貼り、R1成分(principal sensory nucleusへのAβ線維の入力によるもの)を含む瞬目反射(R2成分、三叉神経の脊髄核によるもの)を誘発した。principal sensory nucleusにおけるAβやAδ線維の収束は、二重刺激を用いた研究において更なる支持された。R1反応はISIが少なくとも14 msから促通した。これはAδ線維のvolleyが、160 mmの距離を伝わるAβ線維のvolleyの前に核へ到達するには十分な時間である。

三木研作(助教)

三木博士は顔の感情表現の検出に関わる感情系の成熟過程に関する報告をした。彼は脳波を用いて、感情表現の変化は、22~33歳の成人では180 msのピークになるが、7~10歳の児童ではEPのN240として導出されることを明らかにした。

松本敦(ポスドク)

松本博士は視覚の単語処理における意識下のsemantic primingに関する報告を行った(被験者は文字のグループが単語であるか、単語でないかを判断することを求められた。反応時間は意識下の関連するwordがtest wordに先立っている提示されたとき短縮した)。独立成分分析、コヒーレンス解析、Granger causalityを用いて、彼はガンマやアルファ帯域の活動がプライミングによって減少することを示し、inferior temporal gyrusからinferior frontal gyrusへのbottom-upな情報の流れを示した。

仲渡江美(ポスドク)

仲渡博士は、生後7-9ヶ月の乳児に見慣れた顔とそうでない顔を提示して、脳活動を計測した。計測には、近赤外線分光法(NIRS)が用いられている。結果によると、右側頭葉は提示された全ての顔に対して有意に活動する。一方、左側頭葉においては見慣れない顔に対しては有意な活動が認められないのに対して、見慣れた母親の顔に対しては認められた。

守田知代(特任助教)

守田博士は、自閉症患者における自己意識情動に関する報告をした。彼女は、自閉症患者が自身の顔を見る場合と他人の顔を見る場合とで、脳の活動動態がどのように違うのか心理実験およびfMRI計測を用いて検討を行った。心理実験の結果によると、恥ずかしさ指標と魅力度指標間において負の相関が自閉症患者において認められた。この負の相関は、大脳基底核、島前部、および後部帯状回の活動に関連することが報告された。

大鶴直史(ポスドク)

大鶴博士は、乾博士が開発した表皮内電気刺激法を用いて、細径神経障害の評価ができるのか検討を行った。実験においては、被験者に対してリドカインテープを貼ることで細径神経の局所麻酔を行い、細径神経障害のモデルを作成した。結果によると、テープを貼った後、その部位において表皮内電気刺激を行うと、その刺激に対する誘発反応は減衰するのに対し、従来の触覚刺激法では減衰が認められなかった。このことから、表皮内電気刺激法は、細径神経障害が生じる糖尿病の診断に有用である可能性が示された。

浦川智和(ポスドク)

浦川博士は、視覚系における刺激変化検出過程について、脳磁図を用いて検討を行った。彼は先行する聴覚研究同様に、逸脱・標準刺激を被験者が無音ビデオを見ている間に提示している。逸脱刺激に対する反応増大は、刺激間時間間隔(ISI)が最も短い条件で、MOGにおいて観察された。このことは、ISIが短い条件で反応が最も減衰する順応効果では説明できない。これらのことから、短いISI条件での逸脱刺激に対するMOGの反応増大には、標準刺激により短時間保持された感覚記憶に基づく逸脱刺激検出機構が関与することが示唆された。

柿木教授は多数の論文発表、学会発表および国内外の共同研究者の受け入れを行い、国際的に高い評価を得ている。彼の研究室においては様々な分野の先導的な研究が行われている。彼の研究室においては様々なヒト脳活動の計測装置が設置されており、彼の研究室の全ての研究員は先導的な研究を行うことが可能である。これらのことから、学生およびポスドクたちが研鑽を積む上では最適の環境であると考える。彼の研究室の学生および研究員は、それぞれの研究分野において優れた研究能力を持ち、私は彼らと議論において有意義で楽しい時間を過ごすことができた。

現在の研究環境を鑑みると、分子生物学が勃興している。そういった時代にあってこそ、柿木研究室の研究テーマである統合生理学は、分子生物学では困難な課題に取り組む上で、その果たすべき役割はますます重要である。しかし世界的には、統合生理分野はまだその役割を十分に発揮するには至っていない。こういった時代にこそ、日本における生理学研究所が先導的な研究を行う統合生理分野を設置していることは、大変重要であり、また嬉しい限りである。私は、これからも統合生理分野の柿木教授ならびに彼の研究員には十分な経済的援助が与えられ、充実した研究環境が与えられるように望む。彼の研究部門からこれから将来どのような研究論文がでるのか楽しみである。

ハイデルベルク大学
マンハイム医学部 神経生理学部門
教授
ロルフ・デットレフ トレーデ

3.2 水村和枝 教授 (名古屋大学 環境医学研究所)

私は痛みの神経機構の研究者の一人として日本疼痛学会やその他の会合の場で、柿木隆介教授の痛みに関する研究をだいぶ以前から知っているが、今年10月21日に外部評価委員として研究室を訪問し、柿木隆介教授及び共同研究者、大学院生から研究についての説明を聞き、認識を新たにした。

1.研究プロジェクトについて

統合生理研究系・感覚運動調節研究部門は、柿木教授就任以来17年を経過して、研究スタッフ(ポスドク含む)12名の充実した陣容で、全脳型脳磁計(2002年導入)、fMRI、脳波を駆使して感覚・運動調節に関わるヒトの脳反応の研究を行っている。特に研究室全体でのプロジェクトという物は見受けられず、研究者個々人がその興味やバックグラウンドに基づいて研究を進めているとのことである。その結果、脳反応研究の対象は視覚、聴覚、体性感覚、痛覚、さらに最近では痒みも対象とするなど、実に幅広い。また高次脳機能研究としては言語機能や記憶の研究も行っている。現在では顔認知に関係する研究に携わっている人が最も多くなっているのは、新学術領域研究の立ち上げ(後述)と関連しているものと思われる。
私が専門とする痛覚領域での柿木研の研究は、刺激方法の工夫により痛みを伝えるA-δとC線維を区別して刺激することを可能にしており、ヒトにおける脊髄における痛みの伝導速度、たばこ、運動、磁場刺激等様々な方法による痛みの修飾等を解析して、高い評価を得ている。現在まで主に表面の、生理的な痛みを対象と来ているが、今後はさらに深部の痛み、特に脳における大きな変化が指摘されている病的状態における痛みなど、痛みの領域で最も重要な部分への新たな手法をもっての展開が望まれる。

一方、視覚については運動視、顔認知、形状認知について研究を進めている。柿木教授の顔認知の研究は既に10年近い歴史がある。その研究成果を土台に、領域代表となって平成20年に新学術領域研究「学際的研究による顔認知メカニズムの解明」(平成20年度~24年度)をたちあげ、心理学、脳科学、臨床医学、基礎医学、工学、情報学等から、顔認知の発達、顔認知に関わる脳部位の特定、神経機構、顔認知障害の病態生理、などについて幅広い学際的研究を目指している。顔認知は人間が社会生活を送る上で最も重要な機能の一つとして考えられ、そのメカニズム、現代生活から生じる顔認知機能の障害等の解明などが期待されている。柿木教授は自身の計画研究の中で、脳波、脳磁図などの計測法を用いて、顔認知の発達過程、相手の視線を認知する情報処理過程の解明、意識に上らないような顔刺激を記憶に残らせる機構の解明などを目指している。このプロジェクト全体は中間評価でA評価を受けているとのことであり、ますますの発展が期待される。

2.研究体制と研究室運営

教授、准教授、特任准教授、助教(公募中)、特任助教3名、ポスドク5名という充実した構成となっている。大学院生は2名であり、これだけのスタッフを擁する大きな研究室としては少ないと思われる。柿木教授の在任期間の残りが短いから、と言うことであった。ほとんどの構成員ができあがった研究者であれば、教育の手間が要らず、研究の進展は速くかつ深くなる。しかし、総合研究大学院大学を担う研究室として、できれば教授の任期ぎりぎりまで大学院生を受入れて後進の育成にも当たって欲しいと思う。このようなできあがった研究者が大きな割合を占める構成であり、また研究室全体でのプロジェクトもないことから、journal clubもlab meetingも行わなくとも研究者間の自発的交流により研究室が運営できていると言うことであろう。

3.研究成果の発表

柿木教授は就任以来17年間に英文の原著論文を既に250編発表している。Pain やNeuroimage、Cerebral Cortexなどのかなり評価の高い雑誌にも数多く掲載されている。invited review もこの17年間で15編執筆している。つまり年平均英文原著を15編近く発表しているということであり、多すぎると思われるぐらいである。さらに日本語論文も100編に及ぶ。この多さは、一つ何か発見したらこまめに報告・発表するという研究姿勢にもよると思われるが、また一方、動物実験とは異なり侵襲的な実験を行って次々と掘り下げていくことができない、ヒトを対象とした研究の特徴でもあるようである。

4.教育について

現在の院生数は2名(うち留学生1名)と少ないが、柿木教授の教授就任以来の17年間に28名に学位をとらせている。また、そのうち留学生が5名含まれている。各3年間在籍したとすると、年平均5名の院生が在籍したことになり、また、そのうち1名は留学生であったことになる。この数は基礎系研究室の院生数としては決して少なく無い。院生は学位取得後多くがポスドクになっており、職を得られなかった例は無いとのことであり、大学院在学中の業績も良かったことを示している。

5.共同研究について

生理学研究所としての脳磁計を使った共同研究は6~7件/年であり、ほとんどが利用経験者であるため手伝いは不要とのことであり、負担は特に無いとのことであった。また、この共同研究の参加者の中に新学術領域研究の計画研究の研究代表者が含まれていることから、共同研究は有効に働いたと推定できる。

6.まとめ

柿木教授を中心とした感覚運動調節研究部門は、自立的に研究できる研究者が大半をしめるという体制で、脳磁計などの他では利用できない機器がある生理学研究所という環境を有効に使って、多方面に渡る研究を活発に続けて来ている。脳研究は社会的にも大きな要請のある分野であり、本研究室の研究はさらに発展させるべきであると考える。

3.3 飛松省三 教授 (九州大学 大学院 医学研究院)

自然科学研究機構 生理学研究所
統合生理研究系 感覚運動調節研究部門
2010年度外部評価報告書

九州大学大学院医学研究院
臨床神経生理学分野
飛松省三

柿木隆介教授が主宰する感覚運動調節研究部門は、平成2年度(1990年)に非侵襲的(心身に負担のない)な研究方法で人間の脳機能を解明することを目的として設立された統合生理研究施設が、平成15年度(2003年)に改組された部門である。柿木教授は1993年3月に統合生理の初代教授として赴任し、以来、一貫して体性感覚、痛覚、視覚、聴覚、運動、高次脳機能(顔認知)など広範囲の領域で、ヒトを対象とした実験的研究を精力的に推進している。これまでの研究業績と今後の研究方向について、資料とサイトビジット(2010年10月21日)における説明と質疑に基づき、以下の通り評価したので報告する。

1.研究組織・設備

平成22年度において、教授1名、准教授1名、特任准教授1名、助教1名(公募中)、特任助教3名、ポスドク6名(うち1名は留学中)、大学院生2名の体制である。これは柿木教授が大学院生を厳選しつつ、時代を担う若手研究者(特任助教、ポスドク)を育成することを近年の方針としている表れである。また最先端の脳機能研究を展開できる十分なマンパワーを確保している。

平成3年度に全国に先駆けて74チャネル生体磁気計測装置(MEG)を導入した。MEGは、脳波に比べて格段に空間分解能に優れ,脳の活動部位を数ミリ単位の誤差範囲で明らかにすることができる。この装置を用いて、ヒトの感覚・運動・認知・記憶・情動などの統合機能の脳内機構を明らかにしようとする研究が精力的に行われた。さらに、平成14年夏に新しい全頭型306チャネルMEGが導入され、今日まで名実ともに国内外の脳磁場計測の中心的研究拠点として活動している。

2.研究プロジェクトとその成果

脳波とMEGを用いて、体性感覚、痛覚、視覚、聴覚、運動、高次脳機能(顔認知)など広範囲の領域を研究しているのが感覚運動調節研究部門の特長である。最近はそれに加えて機能的 MRI (fMRI)、経頭蓋磁気刺激(TMS)、近赤外線分光法(NIRS)といった機器を用いたマルチモーダルな研究も行われ、成果をあげている。

サイトビジット時は、13:30〜17:30まで最新の研究成果--- 1) 各種感覚刺激による脳反応の解析、2) 視覚(運動視、顔認知、形状認知など)、3)体性感覚(homunculusの再確認など)、4)痛覚(痛覚認知に対する注意効果など)、5)聴覚(音楽聴取時の脳反応など)、6) その他(嗅覚など)、7)高次脳機能の解析(言語機能、記憶など)---が要領よくプレゼンされ、評価者の質問に対しても的確な回答がなされた。各研究者の自主性に任せ、研究者自身の一番やりたいテーマを基に研究が行われていること、しかも、チームワーク良く互いに協力しつつ情報を提供し合いながら、個々の研究が順調に行われていることが強く印象に残った。

以上の研究成果は、高レベルの神経科学関連国際誌に多数の論文として発表されており、その数は英文原著論文(約250編)、英文Review論文(15編)、英文著書・プロシーディングス(70編)、その他の日本語論文、著書(約100編)に上る。Brain、NeuroImage、Cerebral Cortex、Journal of Neuroscience、Journal of Cognitive Neuroscienceなど神経科学のトップジャーナルにコンスタントに多数の論文を発表し続けていることが注目に値する。これらの研究活動の高さは、感覚運動調節研究部門が電気生理学的な手法を巧みに取り入れながら、脳機能イメージングを中心とする研究分野で世界的な研究拠点としての地位を確立していることを示している。

研究費の面でも、多くの外部研究資金を取得している。特筆すべきは、平成20年度より開始された新学術領域研究「学際的研究による顔認知メカニズムの解明」で、柿木教授が領域代表を務めている。全体班会議を始め、各班の個別の研究会などが積極的に行われて成果が出つつある。さらに、平成21年度から、文部科学省の「脳科学研究戦略推進プログラム」の課題D「社会的行動を支える脳基盤の計測・支援技術の開発」の補助研究者として、生理学研究所の主任研究者である定藤規弘教授の研究も支援している。今後、これらの領域をリードする世界的な業績が上がることが大いに期待される。

3. 大学院教育と人材育成

1998年3月に最初の大学院生が学位取得した。以後、28名が学位を取得(留学生は5名、国内留学生5名)している。学位取得後、海外留学する者も多く、他大学での教員となった者も多数いる。生理科学実験技術トレーニングコースでは、「脳磁図によるヒト脳機能研究の基礎」と題して、毎夏、所外の若手を指導している。施設・設備を他施設の研究者に開いて共同利用実験が行われているが、当研究部門でも多数の研究者を受け入れて、共同研究を行い、多大の成果を挙げている。国内では中央大学文学部(山口教授)、日本大学脳外科(片山教授、山本教授)、大阪大学脳外科(齋藤教授)、三重大学精神科(元村英史先生)、広島大学保健学科(弓削教授)、群馬大学保健学科(酒井教授)また国外では、米国NIH(Prof. Hallett)、米国カリフォルニア工科大学(Prof. Shimojo)、カナダRotmann Institute (Prof. Ross)、イタリアChieti大学(Prof. Romani)、ドイツMunster大学(Prof. Pantev)、ドイツHeidelberg大学(Prof. Treede)との共同研究を行っており、申し分のない中心的研究拠点と考えられる。

4.学会および社会連携活動

1998年3月に第6回国際誘発電位シンポジウムを生理学研究所で開催(出席者600名:外国人250名)した。多数の外国人が参加したことは、企画の良さと内容の充実度を如実に示している。また、脳磁場ニューロイメージング研究会を2000年12月から毎年開催し、以後7回を数えた。これにより日本における脳磁図研究の基盤作りを行ったことは、高く評価できる。その集大成とも言える第22回日本生体磁気学会(2007年)も生理学研究所で開催し、成功を収めている。

一般の方々の科学理解増進や科学リテラシー向上のため、脳研究の社会への理解普及と高校生などの若い方に脳研究への興味を持っていただくことは、基礎研究者としても積極的に進めて行く必要がある。柿木教授はここ2年、「脳は不思議がいっぱい」と題して、高校生や一般向けの講演を行っている。このようなアウトリーチ研究は脳科学者として、大事なことであり、今後も社会への発信を続けて欲しい。

5. 総括

以上、統合生理研究施設を経て、感覚運動調節研究部門に改組された17年間の活動は、世界的な研究業績を挙げたばかりでなく、脳磁気生理学という新領域を切り開いてきた。さらに人材育成や共同利用機関のミッションも果たしており、申し分ない成果を挙げたと総括できる。


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