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研究・社会貢献

ノーベル賞候補 小川誠二特任教授

「fMRI」基本原理の発見者として知られる小川誠二特任教授。2009年に米国の情報会社トムソン・ロイターがノーベル医学・生理学賞と化学賞の両部門の有力候補として発表し、国内外のメディアから注目されている。本学が2008年度文部科学省から採択された私立大学戦略的研究基盤形成支援事業では、3つのプロジェクトの一つ「磁気共鳴法における新たな研究手法を用いた先端的脳機能イメージング」で、中心的役割を担った。2014年度からは同じく文部科学省採択事業の「社会的・職業能力育成プログラムに資する認知・脳科学的エビデンス情報提供基盤の構築」のプロジェクトリーダーを務めている。

機能的磁気共鳴映像法(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)とは

図1(クリックして拡大)
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1990年代は脳の10年とよばれて、脳科学のいろいろの分野で多大な進展がみられました。特に、機能的脳活動の画像化の発展ぶりは目をみはるものでしたが、その内で、脳を対象にしたfMRIはその発展の主動力であってきました。fMRIの応用は医学・神経科学から心理学、さらに社会科学のいろいろな分野にも及んでいます。

普通のMRIは病院で使われているように、脳の構造を非侵襲的に測る最も優れた方法として知られています。fMRIはMRIのもたらす構造情報の上に、脳の機能活動がどの部位で起きたかを画像化するものです(図1)。在来、脳の神経活動でおきる電気磁気現象をMRIで直接検出するのが大変難しく、脳機能をMRIで測ることは不可能とされてきました。ところが、MRIの信号には小さいながら、脳の生理現象の変化と共に変わる成分があり、それが脳機能活動と関連した信号変化として捉えられる事が示されました(小川、他、1990、1992年)。これがfMRIの始まりでBOLD法と名づけられています*。

*S. Ogawa, T. M. Lee, A. R. Kay and D. W. Tank, "Brain Magnetic Resonance Imaging with Contrast Dependent on Blood Oxygenation", Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 87, 9868-9872 (1990)
S. Ogawa, D. W. Tank, R. Menon, J. M. Ellermann, S.-G. Kim, H. Merkle and K. Ugurbil, "Intrinsic Signal Changes Accompanying Sensory Stimulation: Functional Brain Mapping With Magnetic Resonance Imaging" Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 89, 5951-5955 (1992).

自然からの贈り物

fMRIのような機能的脳活動の画像化にとって、自然は2つのとても都合の良い状況をつくっていてくれています。それらの大体の様子は100年も前から知られていることですが、その一つは、脳が種々の機能的特性をもった多くの部位にはっきり分けられていることで、もし、機能活動が脳の広い分野全体を通して空間区分なしに起きているのであれば、画像化の意味はなくなります。勿論、脳は与えられた課題を処理するために多くの機能部位を動員し、脳内に適当なネットワークを組んで働いている筈です。第2の状況は、脳内のいろいろな所で機能活動が起きると、その神経活動に付随して血流や代謝が増加し、しかもその変化は神経活動の起きた部位と空間的にほぼ合致していると言う事です。基になる神経活動に大変強く連結して起きるこの付随反応のお陰で、脳の多くの領域でおきる機能活動をMRIによって追跡出来るわけです。これら2つの状況どちらかでもが欠ければ、fMRIの存在の意味を失います。

BOLD効果 (図2)

図2(クリックして拡大)
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MRIで使う様な強い均一な磁場内に磁化率の異なるものが置かれるとそのものの内部及び周りに磁場の変化・歪を生じます。電磁気の教科書にある図ですが、円筒状のものが均一磁場内に置かれたときの磁場の様子を示しています。

このような現象が脳組織内でも起きるとしたのが図2です。組織には酸素を供給すべく多くの血管網がはりめぐらされています。血液は小さな動脈から毛細管を通って静脈に達します。血液中の赤血球には酸素を運ぶヘモグロビンが多量にあります。このヘモグロビンは酸素分子を結合している時には反磁性で、毛細管で酸素を放出した後(デオキシヘモグロビン)では常磁性になります。常磁性体であるデオキシヘモグロビンを多く持つ静脈側の血管の中及び周りには僅かながら磁場の歪をつくります。この歪の存在はそのあたりの水(のプロトン)の信号(MRIはこの水を対象にした磁気共鳴現象を測るものです)を弱めます。この現象をBOLD(Blood Oxygenation Level Dependent)効果と呼びました。更に、脳の機能活動として神経細胞の周りのシナップス活動が増加しますと、そばに存在するアストロサイト(グリア細胞、神経細胞の働きを助ける)が感知して血管を拡げる物質を血管の壁におくり、結果として血流の増加がおきます。この血流増加による酸素の供給は神経活動の増加に伴う酸素消費の増加を遥かに凌ぎ(過剰の酸素供給)ます。その結果、デオキシヘモグロビンの量が減り、先に述べた磁場の歪の減少をもたらし、MRI信号が僅かふえます。この信号変化が機能活動の増加に対応したものとして画像化されるのです、すなわちfMRIに依る脳機能測定となります。

本学における小川誠二特任教授の研究

略歴

氏名 小川 誠二(おがわ せいじ)
生年月日 1934年1月19日(82歳)
現職
(専門分野)
東北福祉大学 特任教授 (応用物理、生体物理、脳科学)
国籍(本籍地) 日本(東京都)
学位 1967年5月 PhD(理学)(スタンフォード大学)
経歴 1952年3月 東京都立上野高等学校卒業
1957年3月 東京大学工学部応用物理学科卒業 工学士(応用物理)
1967年5月 スタンフォード大学大学院化学科修了 PhD(理学)
1962年−1964年 メロン研究所(米国ペンシルベニア州ピッツバーグ市)
放射線化学研究部 研究アソシエイト
1967年−1968年 スタンフォード大学化学科ポストドクトーラルフェロー
1968年−1970年 ベル研究所 生体物理学研究部 研究員
1971年−1984年 ベル研究所 生体物理学研究部 主任研究員
1984年−1992年 ベル研究所 生体物理学研究部 特別研究員
1992年−2001年 ベル研究所 生物演算研究部 特別研究員
2001年−2004年 ヨシバ大学アルバート・アインシュタイン医学部客員教授
2001年−2008年 財団法人濱野生命科学研究財団 小川脳機能研究所所長
2008年−現在 東北福祉大学 感性福祉研究所 特任教授
2008年−2011年 慶応義塾大学 社会科学研究科 訪問教授
2008年−現在 韓国嘉泉医科学大学神経科学研究所 訪問教授
2009年−現在 ヨシバ大学アルバート・アインシュタイン医学部客員教授
2011年−2015年 独立行政法人情報通信研究機構 R&Dアドバイザー
2012年 脳情報通信融合研究センター 招聘教授
2013年−現在 大阪大学大学院生命機能研究科 招聘教授
2016年−現在 脳情報通信融合研究センター 招聘専門員
受賞歴 1967年 イーストマン・コダック化学賞(博士課程在籍者対象)
1995年 国際磁気共鳴医学会 金賞(磁気共鳴に関する科学的貢献)
1996年 米国物理学会 生物物理学賞(生物物理及び脳機能磁気共鳴法の研究)
1997年 国際磁気共鳴医学会 フェロー
1998年 中山人間科学財団 中山賞(磁気共鳴法による脳機能画像化を可能にするBOLD効果)
1999年 朝日新聞文化財団 朝日賞(機能的MRIの原理「BOLD法」の発見)
2000年 米国科学アカデミー 医学院外国会員
2003年 日本国際賞(磁気共鳴機能画像法の基礎原理の発見)
2003年 ガードナー国際賞(磁気共鳴画像法の基礎原理の発見)
2005年 インド科学アカデミー 外国会員
2007年 磁気共鳴国際学会 ISMAR賞
2008年 ヘルシンキ工科大学 Olli V.Lounasmaa Memorial Prize
2011年 スタンフォード大学医学部 ライナス・ポーリング・メダル
2011年−2015年 独立行政法人放射線医学総合研究所 フェロー
2014年 公益財団法人立石科学技術振興財団 立石賞・特別賞
2016年 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 名誉フェロー

CURRICULUM VITAE (English)

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