小児期発症性統合失調症におけるワーキングメモリ課題中の脳の活性化と機能的結合の低下

Reduced Functional Brain Activation and Connectivity During a Working Memory Task in Childhood-Onset Schizophrenia
Frances F. Loeb, BA, Xueping Zhou, MHS, Kirsten E.S. Craddock, BS, Lorie Shora, MS, Diane D. Broadnax, MSW, Peter Gochman, MA, Liv S. Clasen, PhD, Francois M. Lalonde, PhD, Rebecca A. Berman, PhD, Karen F. Berman, MD, Judith L. Rapoport, MD, Siyuan Liu, PhD
Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry, Volume 57,Issue 3: Pages 166-174, March 2018

“【目的】
ワーキングメモリの不足は統合失調症で一貫して報告され,機能的帰結の結果に関連している.成人発症性統合失調症の機能的磁気共鳴画像法における研究では,WMネットワークにおける活性化および機能的結合の低下が報告されているが小児期発症性統合失調症(childhood-onset schizophrenia : COS)における機能的磁気共鳴画像法を用いたWMの調査は行われていない.
本研究の目的はCOSのワーキングメモリについて調査することである.
【方法】
3TのMRI内でCOS患者32名 (21.3 ± 1.1歳),COS患者の非精神病兄弟30名 (19.4 ± 0.8歳),健常者39名 (20.0 ± 0.7歳)に対して1-back,2-backのタスクを行なった.COS(17.9 ± 7.4歳)の若年患者23名の別グループは,標準的な訓練を2回完了した後で作業を行うことができず,この報告書には含まれていない.
【結果】
COS患者は全てのtaskで健常者よりも有意に低い成績を示した.
COS患者は,背外側前頭前皮質,後頭頂葉皮質,小脳および尾状核における活性化が有意に低く,前頭前頭皮質および皮質線条体の機能的結合性が健常者と比較して有意に低かった(p<.05,corrected).兄弟姉妹は統合失調症患者と健常者の中間的な活性化と機能的結合を有していた.(p < .05, corrected). また患者では,左後頭部ネットワークにおける機能的結合強度は,1-back課題中の正確なスコアと正の相関を示した (p = .0023, corrected). 【結論】 COS患者のWMネットワークにおける活性化および機能的結合の低下は,成人発症統合失調症との病態生理的連続性を示唆する. 患者の参加率と成績が低いことから,COS疾患の重症度が強調される.低活性化と低結合性は,COS患者の兄弟によって共有され,COSが潜在的なエンドフェノタイプであることを示唆している."

安静時の脳の接続性とそれに続く作業記憶課題による行動成績の予測

Brain connectivity during resting state and subsequent working memory task predicts behavioural performance
Sala-Llonch, R., Pena-Gomez, C., Arenaza-Urquijo, E. M., Vidal-Pieiro, D., Bargallo, N., Junque, C., Bartres-Faz, D.
Cortex, Vol.48, No.9, pp.1187-1196, 2012

任意の認知プロセスの間に同時に活性化された脳領域は機能的に接続されており、大規模ネットワークを形成している。これらの機能ネットワークは、賦活状態(fMRIのタスク時)また、デフォルトモードネットワーク(DMN)が最も広く研究されているシステムである受動状態(fMRIの安静時)においても調べることができる。 DMNの役割は不明確なままですが、安静時と集中的注意処理の間の移行の原因となることが知られている。以前の経験に関連してその順応性についてのいくつかの証拠もある。ここで我々はfMRIのコンテキスト内でメモリ負荷のレベルを上げながらnバックタスクを使用することにより、16人の健康な若い被験者における脳の接続パターンを調査した。このワーキングメモリ(WM)タスクの前に、参加者は短縮されたテストバージョンでfMRIの外で訓練された。その直後に、彼らは安静状態とそれに続く完全なn-backテストを受けてfMRIデータを取得した。我々は、最も過酷なn-back状態(3-back)の間にDMNとWMネットワーク内の固有の相関度が最大であることを観察した。さらに、両方の条件下で2つのネットワーク間でより強い負の相関を示す個体は、より良好な行動成績を示した。興味深いことに、以前、8つの異なる静止状態ネットワークが識別されているという事実にもかかわらず、n-backタスクの前のDMNの後内側部分(楔前部)内の接続性のみがWM実行を予測した。 fMRI分析のためのデータ駆動型確率的アプローチを用いた我々の結果は、行動成績とDMN、WMネットワーク間の負の相関度合いとの間の直接的な関係の最初の証拠を提供する。それらはさらに、差し迫った認知課題に対する予想状況において、後内側頭頂皮質におけるより高い安静時活動が注意準備リソースの増加に関連しているかもしれないことを示唆している。

負荷関連の脳活性化は9~12歳の青年における空間ワーキングメモリのパフォーマンスを予測し,低年齢における実行機能と関連する

Load-related brain activation predicts spatial working memory performance in youth aged 9-12 and is associated with executive function at earlier ages
Huang, Anna S and Klein, Daniel N and Leung, Hoi-Chung Developmental cognitive neuroscience, vol.17, pp.1-9, 2016.

空間ワーキングメモリは,脳機能の主要な変化および解剖学と関連して青年期を通し成熟する中心的認知過程である.ここでは,この重要な移行期間中のパフォーマンスの変動性の神経相関をより詳しく調べるために,幼児期後半および青年期早期に焦点を当てた.fMRI研究において2つの記憶負荷条件をを持つ改良された空間1-backタスクを使用し,9歳から12歳までの39人の青年の被験者における負荷に依存した神経反応とタスクパフォーマンスの関係を調べた.我々のデータは,タスクパフォーマンスの被験者間の違いは腹側前帯状皮質(vACC)と後部帯状皮質(PCC)を含むデフォルトネットワーク領域で負荷依存的な失活によって予測されたことを明らかにした.前頭前野と後頭頂領域における活性化の負荷依存的な増加はパフォーマンスとの弱い相関関係しかないが,前頭前頭-頭頂カップリングの増加はパフォーマンスの向上と関連していた.さらに,3歳という早い時期からの実行機能の行動尺度は,vACCおよびPCCにおける現在の負荷依存性の失活を予測した.これらの知見は,空間ワーキングメモリ中のタスクポジティブおよびタスクネガティブの両方の脳活性化が,幼児期後期/青年期早期におけるタスクパフォーマンスの成功に寄与したことを示唆している.これは,発達障害における実行管理の欠陥を研究するための良いモデルとして役立つかもしれない.

感情予測中の前頭前野の脳連結性および活性化の光学的マッピング

Optical mapping of prefrontal brain connectivity and activation during emotion anticipation
Wang, Meng-Yun and Lu, Feng-Mei and Hu, Zhishan and Zhang, Juan and Yuan, Zhen Behavioural brain research, vol.350, pp.122 128, 2018

蓄積された神経画像は,背側外側前頭前野(dlPFC)が感情予測中に活性化されることを示した.この研究の目 的は,機能的近赤外分光法(fNIRS)を用いて,dlPFC におけるポジティブ,ニュートラル,ネガティブな感情予 測の間の脳の結合性と活性化の違いを調べることである.血行力学的反応は,様々な感情予測課題の遂行中に,最 初にすべての対象について評価された.それからスモールワールド分析が実行された.そこでは,クラスタリング 係数.平均経路長,平均ノード次数,およびスモールワールド指数の尺度を含むスモールワールドネットワーク 指標が,ポジティブ、ニュートラルに関連する機能的脳ネットワークについて計算された.我々は,ネガティブお よびニュートラルな感情予測と比較して,ポジティブなものが左dlPFCにおいて増強された脳活性化を示す ことを発見した. 3 つの感情予測事例の機能的脳ネットワークは,クラスタリング係数,平均経路長,平均ノー ド次数,およびスモールワールドインデックスの尺度に関するスモールワールド特性を明らかにしたが、ポジティ ブのものはニュートラル,ネガティブなケースより有意に高いクラスタリング係数およびより短い平均パスを示 した.その結果,dlPPC のスモールワールドネットワーク指標と脳活性化は,ポジティブ,ニュートラル,ネガ ティブな感情予測をうまく区別することができた.

我々はいつ他者と神経同期に陥るのか

When do we fall in neural synchrony with others?
K. Lu and N. Hao
Social cognitive and affective neuroscience, vol. 14, no. 3, pp. 253-261, 2019.

この研究は,対人間の脳の同期(IBS)が共同作業中に発生する状況を調査することを目的とし,新規の機能的近赤外分光法(fNIRS)ベースのハイパースキャニングパラダイムを開発することによりその軌跡を経時的に検証した.参加者は,メンバーの2人が実際の参加者で,1人は共謀者である3人のグループで共同作業をするように指示された.実際の参加者と共謀者の2者間と比較して,実際の参加者の組み合わせでは,より良い協力行動と両側の背外側前頭前野間のIBSが示された.また,IBSと協力は,実際の参加者の組み合わせでは時間の経過とともに増加した一方で,共謀者との2者間では低く一定のままであった.これらの知見は,IBSが共同作業中に対人相互作用に従事している個人間で発生し,その間にIBSと協調的な対人相互作用が時間とともに増加する傾向があることを示している.

錯視知覚における膝状体外系の関与:機能的磁気共鳴イメージング研究

Involvement of the Extrageniculate System in the Perception of Optical Illusions: A Functional Magnetic Resonance Imaging Study
K. Tabei, M. Satoh, H. Kida, M. Kizaki, H. Sakuma, H. Sakuma and H. Tomimoto PloS one, vol. 10, no. 6, p.e0128750, 2015.

錯視の神経処理に関する研究は,視覚の根底にある神経メカニズムを理解するための手がかりを提供することができる.これまでの研究では,いくつかの視覚的領域が,Kanizsaの三角形やミュラー・リア―の図のような錯視の知覚に寄与することが示されている.しかし,これらおよび他の目の錯覚の処理の根底にある神経メカニズムは明確に同定されていません.機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を使用して,どの脳領域が錯視の知覚中に活動しているかを決定した.研究のために,18人の参加者を登録した.錯覚の光刺激は,日本の表音文字である多くのかな文字で構成されていた.形状タスクの間,参加者は,2つの錯視の形状が同じであるかを知覚しているか声に出して述べた.ワードタスクの間,参加者は刺激の中のかな文字を声に出して読んだ.形状とワードのタスクを直接比較すると,右下前頭回,左内側前頭回,および右視床枕の活性化が示された.2つの視覚経路,すなわち膝状体系および膝状体外系があり,それらはそれぞれ高次視覚系と一次視覚系に属することがよく知られている.視床枕は後者のシステムに属しており,本研究の知見は,膝状体外系が錯視の認知処理に関与していることを示唆している.

機能的近赤外分光法(fNIRS)における信号処理: 方法論的差異は異なる統計的結果をもたらす

Imaging Brain Function with Functional Near-Infrared Spectroscopy in Unconstrained Environments
J.B.Balardin, G.A.Zimeo Morais, R.A.Furucho, L.Trambaiolli, P.Vanzella, C.Biazoli Jr and J.R.Sato Frontiers in human neuroscience, vol.11, p.258, 2017

自然な実験下で運動と認知プロセスの神経相関を評価することは, 伝統的な脳イメージング技術の動きに制約があるため挑戦的である. 機能的近赤外分光法(fNIRS)のようなモーションアーチファクトにあまり敏感ではない携帯技術の最近の出現は, 自由に動く被験者の脳機能の研究を可能にした. 本稿では, 制約のない環境における認知および運動プロセスの神経相関の評価におけるfNIRSの可能性を調べる一連の概念実証実験について説明する. 私たちは, スポーツ(卓球)を練習すること, 楽器(ピアノやバイオリン)を一人または二人で演奏すること, および毎日の活動を何時間も行うこと(すなわち連続的な監視)の実例となる応用を示す. 私たちの結果は異なる実生活設定における脳血行動態変化を監視するためのfNIRSの実現可能性や頑強性に関する以前の研究を拡張する. fNIRS測定の柔軟性と頑強性を示すこれらの予備的な結果は, 応用神経科学の分野における将来の研究に影響を与え貢献すると信じられる.