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ブレインサイエンス・レクチャー　3

脳のイメージング

編：徳野　博信
他著：宮内　哲
他著：星　詳子

紙版

出版社サイト。電子版。

内容紹介

　近年，脳機能計測法が多様化・複雑化したことに伴って，医学，実験心理学，情報工学から物理学，数学まで，あらゆる自然科学分野の研究者によって脳科学の研究が進められている。脳科学の本質とは，私たちの行動と脳活動との多様な相関関係を生み出している脳のメカニズム，法則を洞察し，仮説を立て，検証していくことであり，脳機能計測がその手段となる。行動と脳活動との表面的な相関関係をみるのではなく，本質に迫ろうとするには，各計測法の計測原理や計測中のノイズの特性を理解した上で，脳活動を計測・解析しなければならない。

　そこで本書では，医学，工学，心理学で脳科学に携わる4人の著者が，多くの分野で脳研究を志す人たちへ向け，さまざまな非侵襲脳機能計測法の計測原理とそれらがどのように脳研究に使われているのかを，カラーの図を用いながらわかりやすく説明する。

第1章　非侵襲脳機能計測とは
1.1　脳活動の一次信号と二次信号
1.2　非侵襲脳機能計測における空間分解能と時間分解能
1.3　非侵襲脳機能計測におけるノイズ
1.4　非侵襲脳機能イメージングとインフォームドコンセント
1.5　脳のイメージングの歴史─Hans Bergerによる脳波の発見─

第2章　脳の構造と機能局在
2.1　脳の構造
2.2　脳の機能局在
2.3　脳の活動

第3章　神経活動と脳血流反応
3.1　神経血管カップリング
3.2　神経活動増加に伴う血流反応
3.3　神経血管カップリングのメカニズム
　　3.3.1　脳血管拡張因子
　　3.3.2　神経細胞による局所血流調節
　　3.3.3　アストロサイトを介する局所血流調節
3.4　血流変化に反映される神経活動
3.5　NVCの恒常性
3.6　神経代謝カップリング
3.7　MVCのまとめ

第4章　脳波（Electroencephalography）
4.1　脳波の発生機序
4.2　脳波の電極配置
4.3　自発性脳波
4.4　誘発電位と事象関連電位
4.5　自発性脳活動の再評価

第5章　脳磁図（Magnetoencephalography）
5.1　脳磁図とは
5.2　MEG信号の計測
5.3　MEGの信号源
5.4　MEG信号の特徴
5.5　MEG信号源推定による脳活動の解析
　　5.5.1　単一ダイポール推定
　　5.5.2　分布信号源推定
　　5.5.3　時間情報の活用
　　5.5.4　グループ解析

第6章　磁気共鳴画像（Magnetic Resonance Imaging: MRI）
6.1　磁気共鳴画像研究の歴史と発展
6.2　磁気共鳴画像装置のハードウェア
6.3　磁気共鳴の原理
6.4　機能的磁気共鳴画像（functional Magnetice Resonance Imaging: fMRI）
　　6.4.1　fMRIの原理（blood oxygenation level dependent 効果：BOLD効果）
　　6.4.2　脳機能計測法としてのfMRIの特徴
　　6.4.3　fMRIの実験デザイン
　　6.4.4　fMRIのデータ解析
6.5　fMRI以外のMRIによる脳機能計測法
　　6.5.1　拡散強調画像
　　6.5.2　Voxel Based Morphometry: VBM
　　6.5.3　Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS

第7章　近赤外線スペクトロスコピー（Near-Infrared Spectroscopy: NIRS）
7.1　近赤外線スペクトロスコピーとは
7.2　計測原理
7.3　計測法
　　7.3.1　連続光計測
　　7.3.2　時間分解計測
　　7.3.3　位相分解計測
7.4　ヒト頭部における光伝搬特性
　　7.4.1　生体における光伝播数理モデル
　　7.4.2　モンテカルロシミュレーションを用いたヒト頭部における光伝播
　　7.4.3　総光路長と部分光路
7.5　脳活動領域におけるNIRS信号
　　7.5.1　ヘモグロビン
　　7.5.2　チトクロームCオキシダーゼ
7.6　機能的近赤外スペクトロスコピー
　　7.6.1　光トポグラフィ
　　7.6.2　実験デザイン
　　7.6.3　データ解析
7.7　次世代NIRS
　　7.7.1　NIRSの課題
　　7.7.2　時間分解計測を用いた選択的・定量的計測
　　7.7.3　拡散光トモグラフィ
　　7.7.4　CWによるDOT

第8章　PET/SPECT（Positron Emission Tomography/Single Photon Emission Computed Tomography）
8.1　核医学の概要
8.2　PETとSPECTの歴史
8.3　PETとSPECTのハードウェア
　　8.3.1　ガンマ線検出器
　　8.3.2　空間分解能の限界
　　8.3.3　PET装置
　　8.3.4　SPECT装置
　　8.3.5　CTやMRIとの複合装置
8.4　PETとSPECTのソフトウェア
　　8.4.1　吸収減衰とその補正法
　　8.4.2　散乱線とその補正法
　　8.4.3　PETの擬似同時計数とその補正処理
　　8.4.4　デッドタイム補正
　　8.4.5　PSFによる分解能改善
　　8.4.6　time-of-flight（TOF）情報による画像ノイズの低減
　　8.4.7　部分容積効果
8.5　PETとSPECTの機能解析法
　　8.5.1　標準集積値
　　8.5.2　Fickの原理
　　8.5.3　コンパートメントモデル解析法
　　8.5.4　インプット関数
　　8.5.5　クロスキャリブレーション
　　8.5.6　放射性トレーサー
8.6　PETとSPECTの施設
　　8.6.1　PET施設
　　8.6.2　SPECT施設
　　8.6.3　多施設共同研究
8.7　PETとSPECTの臨床応用
　　8.7.1　血流代謝トレーサーと脳血管障害
　　8.7.2　神経伝達機能トレーサーと精神神経疾患
　　8.7.3　異常蛋白トレーサーと認知症
　　8.7.4　糖代謝，アミノ酸代謝用トレーサーと悪性腫瘍
　　8.7.5　統計学的解析による画像診断
8.8　おわりに

第8章　経頭蓋磁気刺激（Transcranial Magnetic Stimulation: TMS）
9.1　経頭蓋磁気刺激の原理
9.2　脳機能計測法としてのTMS の特徴
9.3　反復磁気刺激（repetitive Transcranial Magnetic Stimulation: rTMS）
9.4　経頭蓋電気刺激（Transcranial Electric Stimulation: TES）

第10章　脳機能イメージングの今後の展望
10.1　脳機能イメージングは何のために？
　　10.1.1　脳の発達と加齢に関する研究
　　10.1.2　機能局在研究への応用
　　10.1.3　疾患診断研究への応用
10.2　神経機能イメージングの新しい潮流
　　10.2.1　default mode network
　　10.2.2　Brain Machine Interface/Brain Computer Interface
10.3　神経機能イメージングの新しい技術の台頭
　　10.3.1　神経機能イメージング解析法
　　10.3.2　in vivoミクロイメージング法と光遺伝学
10.4　神経機能イメージングの今後の展望

第11章　おわりに
11.1　脳機能計測をどのように使うのか？
11.2　科学と技術

徳野博信氏を偲んで

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