庆应义塾大学(酒井朋子助教、冈野荣之教授)、京都大学(新宅勇太特定副教授、宫部贵子助教、滨田穣名誉教授)、东京慈惠会医科大学(冈野James洋尚教授、太田裕贵讲师、曾我部和美研究生)、东京都立大学(畑纯一副教授)、量子科学技术研究开发机构(博士) 由平林敏行主干研究员)、生理学研究所及立命馆大学(定藤规弘教授(兼任) /教授)、约翰斯·霍普金斯医科大学(大石健一副教授、森进教授)等组成的国际联合研究小组，收集了在三维上高精细可视化灵长类“全脑”神经回路的脑图像，并对灵长类进行了研究。近年来，随着磁共振图像( MRI )法等无创医用图像法和计算机技术的发展，以通过与人类近亲灵长类的比较，阐明人脑在进化上的共性和多样性，实现精神神经疾病病情的理解和预测为目标的灵长类比较脑成像备受关注。 在日本，“基于创新技术的脑功能网络全貌阐明项目”(以下简称创新脑) (注1 )中，非人灵长类模型的脑图像数据库的开发正在进行。 最近，创新大脑公开了小型灵长类狨的大脑图像数据库。 ( https://data portal.brain minds.jp/marmo set-MRI-na 216 )。 拥有与创新脑及战略性国际脑科学研究推进计划(以下简称国际脑) (注2 )合作机制的本研究小组，以世界最大的灵长类脑标本收藏库(注3 )为对象，使用超高磁场MRI装置(注4 )，不切取脑标本而将神经纤维联系性可视化的扩散张量图像( diffusion tensor imaging； 开发了拍摄DTI图像) (注5 )的显微镜MRI技术，成功地在全脑水平上描绘出了从体重100g左右的狨到体重38公斤的黑猩猩的灵长类物种的神经回路的多样性(图1 )。本脑图像资源库在本次发表论文的基础上进入了第二阶段，通过提供综合性的灵长类大脑信息，为通过数据驱动型科学阐明人脑的特征和精神神经疾病做出了贡献。 本论文迄今为止的活动在国际上也得到了认可，作为邀请论文刊登在了“Neuroimage”的在线版上，于2023年4月7日。
从左到右依次为:玻利维亚松鼠猴、卷尾猴、黑猴、西藏猿、黑猩猩
解开人脑的进化起源，是我们智人( Homo sapience )俯瞰自己的“心”的作用和“生命”的方式，用自己的力量向未来打开新的可能性和展望时的重要线索。 近年来，由于磁共振成像( MRI )法等非侵入式医用图像法和计算机技术的发展，通过人与和人亲近的生物种非人灵长类的比较，为了理解人脑的结构和功能是如何进化的灵长类比较脑成像研究得以确立。 在这个研究领域得到的生物学知识，也可以应用于以通过分析大脑神经回路的连接模式，明确人脑回路结构为目标的连接人的研究，特别是扩散张量成像( diffusion tensor imaging )； DTI )起着重要的作用。 DTI通过可视化大脑白质水分子的扩散，可以分析神经纤维束的方向性和密度，明确大脑的结构联系。 由此，可以在人脑的功能和神经科学的研究中进行深入洞察，也有可能与神经变性疾病和精神疾病的研究和治疗有关联。 近年来，以欧美各国为中心，作为国家项目，以小鼠、人、非人灵长类为对象的脑图像数据库为主轴的研究基础的构筑正在进行。 在日本，在创新大脑中，非人灵长类的大脑图像数据库的开发正在进行中。 最近，创新大脑公开了狨的大脑图像数据库( Hata et al .，Scientific Data 2023 )。 近年来，以灵长类为对象的大脑成像研究主要存在以下四个问题。 第一，传统的组织学方法需要将大脑切细并用显微镜观察，导致神经细胞之间失去了联系，难以观察整个大脑，难以掌握神经纤维的整体情况。 但是，最近通过将大脑白质纤维束可视化的DTI法，已经能够高精细地三维理解小型灵长类大脑神经纤维的整体情况了。 但是，在大型灵长类的大脑中，这种方法还没有成功，因此成为了课题。 第二，在迄今为止使用灵长类的神经科学领域中，只有狨和猕猴等极少数种类的灵长类模型被作为研究对象。 目前，地球上存在着450多种灵长类。 因此，不考虑其多样性，几种比较也有可能导致关于人脑系统共性和特异性的解释不完全。 第三，目前以非人灵长类为对象的研究环境的完善状况，是决定灵长类比较脑成像研究竞争力的主要因素。 在日本，以非人灵长类为对象的研究环境已经完备，但国外很多研究者面临着无法充分访问非人灵长类大脑图像数据的状况。 第四，国际科学社区期待通过PRIMatE Data Exchange等联盟，分配有限珍贵的非人灵长类大脑图像数据。 但是，日本在向海外提供这些数据时，考虑到安全保障贸易管理和研究伦理的指导方针还没有完善，因此面临挑战。 为了加快灵长类比较脑成像研究，需要制定提供公正数据的指南，为创造新的知识做出贡献。
本研究开发从2014年开始。 在第一阶段，以日本猴子中心收藏的世界最大的灵长类脑标本收藏为对象，使用超高磁场MRI(9.4特斯拉)装置，开发了基于小型灵长类物种大脑形态的高分辨率大脑解剖图像和可视化神经纤维联系的DTI图像(分辨率25-50μm )在全脑水平无创拍摄的显微镜MRI技术( Sakai et al .，Primates，2018 ) (图2 )。 在这次的第二阶段的研究开发中，成功开发了用于在三维上高精细地可视化大型类人猿黑猩猩全脑的神经纤维束的预处理和摄像序列(图2 )。 这使得我们能够描绘出任何灵长类大脑的内部结构和大脑表层解剖学特征的多样性(图2、3 ) 。
a.来自玻利维亚松鼠猴、b .黑猴、c .黑猩猩冠状面的T2加权像和DTI彩色图谱。 红、绿、蓝色分别表示沿内侧-外侧、前-后、上-下轴的纤维方向。
a .玻利维亚松鼠猴、b .黑猴、c .黑猩猩灰质区域的表层重建和脑白质区域的表层重建。
在脑图像的数据共享方面，第一阶段公开了记录了包括白长臂猴和红脸猴在内的12种16个体的脑图像数据和元数据( 13种种类信息、6种个体脑标本信息、8种摄像信息)的脑标本图像资源库，是通过共同研究提供研究支持的基础 ( Sakai et al .，2018 )。 在第二阶段，新公开了包括黑猩猩和黑猴在内的9种12个体的数据集。 此外，我们还制定了大脑图像数据出口的原始指导方针，以考虑数据出口时的安全贸易管理和灵长类研究的国际研究伦理，并在第一阶段取得了PRIMatE Data Exchange联盟的批准。此存储库不仅提供数据，还作为共创型研究平台，为不同研究领域的研究人员和学生提供基本数据处理和分析方面的建议。 目前，隶属于以欧美各国和亚洲为中心的海外研究机构的10多个机构，生物学、医科、物理学、工学、化学、计算科学等多个研究领域的研究者们，作为国际共同研究，活用了本脑图像仓库的数据集。 本研究开发项目是日本研究小组采取国际举措，成功实际构建数据驱动脑科学研究基础的首次事例。 这将促进以脑科学为首的多个研究领域的信息和知识的积极共享。 另外，随着国际共同研究的推进，也有望对精神神经疾病的病情理解和预测的实现，以及新的治疗方法和预防对策的开发做出贡献。 通过这样的数据库结合研究基础，今后也有望继续发展，为人脑相关的理解和临床研究的进一步发展做出贡献。
根据日本猴中心灵长类脑标本图像资源库的实际运用成果，预测使用者的研究领域涉及进化生物学、神经科学、连接体研究、心理学、行为科学、工学、数理科学、APP开发等多个领域。 本存储库提供以大脑扩散增强图像和解剖图像为中心的大脑图像数据。 因此，成为了适合数据分析、模拟、使用计算机科学方法的研究的数据库。 今后的研究还将侧重于与活体人和非人灵长类功能性MRI脑影像数据的种间比较，以进一步提高本存储库的有用性。 期待通过种间比较，能获得关于人类特异性大脑功能的洞察。 此外，作为最近科学研究的动向，通过囊括基因、分子、细胞、组织的多层次方法，与人脑的理解和医疗相关的研究开发正在迅速推进，因此，为了使使用这些方法的研究者也能有效利用，我们将进行准备。 通过这些研究，可以在脑科学的各个领域获得新的知识吧。 而且，虽然路很长，但我们希望以提供100多种灵长类动物的大脑图像为目标，继续发展这个存储库。
本研究项目包括: JSPS年轻人研究( b )补助金( #26870827及#17K18097，酒井朋子)、JSPS海外特别研究员研究费( #490，酒井朋子)、国立研究开发法人日本医疗研究开发机构( AMED )基于创新技术的大脑功能网络 芝田晋介)和AMED战略性国际脑科学研究推进计划( JP20dm0307007h0002，平林敏行； 由JP23dm0307005、定藤规弘)、约翰斯·霍普金斯医科大学放射科的Fakhri Rad Brite Star award (大石健一)资助。 日本猴中心合作研究计划( #2014013、#2015019及#2016017、酒井朋子)、(旧)京都大学灵长类研究所共同利用共同研究计划( #H25-E31及#H26-C7、冈野荣之； #H27-D23，酒井朋子)以及理化学研究所脑神经科学研究中心数据驱动脑科学相关技术开发的共同研究计划(酒井朋子)也提供了支持。
1创新大脑功能网络全覆盖项目(以下简称创新大脑) : Brain/MINDS ) 现在，这是国立研究开发法人日本医疗研究开发机构( AMED )推进的脑科学大规模的研究项目(事业期间: 2014年度~2023年度)。 实施的目的是，通过在神经元水平上阐明以小型灵长类狨为代表的非人灵长类高级脑功能的神经回路的全貌，为阐明与克服精神神经疾病相关的人类高级脑功能奠定基础。 主页地址: https://brainminds.jp2战略性国际脑科学研究推广计划(以下简称国际大脑)； Brain/MINDS Beyond ) 这是AMED推进的脑科学研究项目(事业期间: 2018年度~2023年度)。 正在加强与在AMED推进的其他脑科学研究事业(创新脑等)和世界国家性项目的合作。 通过推进从健康到疾病的脑图像等的综合分析、基于AI的脑科学技术开发、人与非人灵长类动物的神经回路比较研究，以在神经回路水平上阐明产生人心的智力、感性和社会性等机制，引导精神神经疾病的早期发现、早期介入为目标。 主页地址: https://brainminds-beyond.jp3灵长类脑标本收藏 日本猴中心自1956年成立以来，在附属动物园饲养展示后去世的个体的大脑，由兽医和研究者进行了标本化和保存。 包括11科100多种多样的非人灵长类物种，从狐猴类到大猩猩和黑猩猩等大型类人猿，包括濒临灭绝的物种，总数超过2400个。这是世界上规模屈指可数的珍贵收藏。 主页地址: https://brainminds-beyond.jp4超高磁场MRI (超高磁场成像) 超高磁场MRI是使用强磁场无创地可视化大脑功能和结构的医用图像技术的一种。 一般诊疗中使用的MRI检查使用1.5特斯拉或3特斯拉的磁场，而超高磁场MRI使用7特斯拉以上的强磁场，因此能够得到更高精细且高灵敏度的图像。 通过使用该技术，可以更加详细地分析大脑神经回路的微细结构和功能、病变部位等。 本研究中使用的MRI装置是9.4特斯拉的具有强磁场的超高磁场装置。 5扩散张量成像( Diffusion Tensor Imaging )； DTI图像) DTI图像利用大脑中水分子的扩散程度，可以使白质微细结构可视化。 大脑的白质由连接神经细胞之间的纤维(束)构成，在信息传递中具有不可或缺的作用。 通过DTI图像可以掌握神经纤维(束)的粗钢，该信息被用于神经科学和脑神经外科学领域。 DTI影像也用于脑神经疾病的诊断和治疗，特别是有助于评估中风和脑外伤的患者。 另外，也用于精神神经疾病、发育障碍、学习障碍的研究，为大脑纤维结构的详细分析和与疾病的关联性的阐明做出了贡献。 6人类连接体( Human Connectome ) 人类连接体是人脑神经回路网的总称。 神经回路网是指由神经细胞相互连接、传递信息而构成的网络。 人类连接体可以使用非侵入性神经影像法——磁共振影像法( MRI )进行映射。 通过使用MRI，可以分析大脑神经回路的连接模式，描绘出人类连接体的整体情况。 由此，有望了解大脑的电路结构，对神经疾病的发病机制的阐明和治疗方法的开发有所帮助。 7高级数据交换 PRIMatE Data Exchange是2018年成立的以共享灵长类大脑图像数据为目的的国际联盟。 主要用于研究者研究大脑的功能、结构和发育。 该协会由全球25多个研究机构、大学和研究人员组成，参与PRIME-DE的机构通过共享自己收集的大脑图像数据，提供了更广泛的分析和研究可能性。 该联盟还推动建立primate resource exchange ( prime-re )，这是一个社区驱动的资源交换平台，用于非人灵长类神经成像。 PRIME-DE主页地址: http://fcon _ 1000.projects.nitrc.org/indi/indi prime.html PRIME-RE主页地址: https://prime-re.github.io
<研究者评论>
日本猴中心多年来制作并保存的灵长类脑标本，随着现在科学技术的发展带来了新的成果。 在对众多先辈们踏踏实实为制作和保存标本而付出的努力再次表示敬意的同时，最重要的是，我从参与此项研究中感受到了对其承担了部分历史责任的责任，以及对经过时间传承下来的博物馆资料的可能性还将继续扩大的期待感 (新宅勇太)
2010年作为京都大学研究生的我，在医学部听了森老师的研讨会，对人脑扩散张量成像研究的美丽世界印象深刻。 之后，他抱有“也想用这个手法看到灵长类大脑领域的'联系’”的梦想。 8年后这个梦想实现了，再5年后通过共享这些大脑图像数据，也能和超越国家和领域的众多研究者建立“联系”。 感谢这样的意外运气(偶然的好运)。 到目前为止，承蒙许多老师和伙伴的教导和支持，我深表感谢。 希望通过本资料库，让更多的人了解比较脑成像研究，为创造关于人脑和心灵的智力价值，继续构筑这样的研究基础。 (酒井朋子)
<论文标题和作者>
标题: the Japan monkey centre primates brain imaging repository of high-resolution
postmortem magnetic resonance imaging :基于高分辨率MRI成像的日本猴中心灵长类脑成像存储库:数字数据归档
作者: Tomoko Sakai，Junichi Hata，Yuta Shintaku，Hiroki Ohta，Kazumi Sogabe，Susumu
Mori，Takako Miyabe-Nishiwaki，Hirotaka James Okano，Yuzuru Hamada，Toshiyuki
Hirabayashi，Takafumi Minamimoto，Norihiro Sadato，Hideyuki Okano，Kenichi Oishi
刊登杂志: Neuroimage
doi:10.1016/j.neuro image.2023.120096
<存储库WEB信息>
标题: the Japan monkey centre primates brain imaging repository
(日本猴中心灵长类脑标本图片储存库)
网址:
(英文) https://www.j-monkey.jp/Bir/data _ e _ new.html
(日文) https://www.j-monkey.jp/Bir/index.html
<研究咨询> 新宅勇太 京都大学野生动物研究中心特定副教授/公益财团法人日本猴中心 酒井朋子 庆应义塾大学医学部生理学教室助教 <新闻咨询> 京都大学涉外宣传科国际宣传室 庆应义塾大学信浓町校区总务课:山崎.饭冢.奈良 学校法人慈惠大学法人事务局经营企划部宣传科 自然科学研究机构生理学研究所研究力强化战略室(宣传) 立命馆大学宣传科
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