統合失調症における認知と安静時の機能的結合

Cognition and resting-state functional connectivity in schizophrenia
Sheffield JM, Barch DM Neuroscience & Biobehavioral Reviews Volume 61, February 2016, Pages 108-120

統合失調症の個人は,一貫して多数の認知領域で欠損を示すが,これらの認知障害の神経生物学的原因は不明のままである.統合失調症のような臨床集団における,安静状態の機能的磁気共鳴画像データの機能的接続性を分析することにより,研究グループは特定の脳領域間の内因性コミュニケーションの異常の解明を始め,これらの異常と統合失調症の認知パフォーマンスの関係を評価した.本研究では,これらの脳と行動の関係の分析の研究を見直す.系統的な見直しにより統合失調症患者は,(1)皮質-小脳-線条体-視床ループと(2)タスク陽性およびタスク陰性の皮質ネットワークを含む領域内および領域間で異常を示すことがわかった.重要なのは,特定の機能的接続の異常と異なる認知領域との間に一意な関係は観察されなかったことであり,観察された機能システムは認知能力全体で共有されるメカニズムの根底にある可能性があり,その障害は統合失調症で見られる「一般的な」認知障害の一因となる可能性があることを示唆している.

ワーキングメモリタスク中の前頭前部血行動態に関するタスクパフォーマンスおよび学習スタイルの役割の調査

fNIRS measurement of cortical activation and functional connectivity during a visuospatial working memory task
Baker, Joseph M and Bruno, Jennifer L and Gundran, Andrew and Hosseini, SM Hadi and Reiss, Allan L
Plos One, vol.13, pp.203-233, August 2, 2018

認知研究は、不安が認知能力と相関することを示唆している。先行研究では、背側前頭前野および前帯状皮質のような、前頭領域内の不安レベルと知覚負荷との間の関係に焦点を当てていた。強い不安をもつ個人は、効率的な認知処理を必要とする認知的に要求の厳しいタスクにおいて、より悪い性能を有すると予測される。いくつかのfMRIの研究では、強い不安の個人の作業記憶を伴うパフォーマンスおよび脳活動を具体的に検討している。これらの研究は、視覚に関連した刺激を伴う結果を主に提供しているが、このトピックは脳波検査でさらに検討されている。本研究では、作業記憶負荷を操作するために聴覚刺激を使用し、機能的近赤外分光法(fNIRS)を用いて強い不安をもつ参加者または患者の認知機能の欠如を解釈しようと試みた。 30人の参加者のfNIRS信号は、聴覚的作業記憶課題を実行している間に測定された。聴覚n-backタスクのために、異なる記憶負荷を伴う刺激記憶の2つのn-backタスク条件および刺激に対する受動的な聞き取り条件を含む3つの実験条件があった。前頭脳領域からの血行力学的応答を、無線fNIRS装置を用いて記録した。腹側および前頭前野皮質からの脳活性化を測定し、信号をフィルター処理し、アーチファクトを除去した。次いで、fNIRSシグナルを統計的試験で標準化し、群分析を行った。結果は、被験者が負荷が高い聴覚作業記憶タスクに参加していたときに、右腹側および前頭前野皮質に有意に強い血行力学的応答があることを明らかにした。さらに、前頭前野の右側は、不安状態のレベルと負の相関があった。この研究は、他の神経イメージング技術と比較してポータブルアプリケーションに関する柔軟性を考慮して、認知能力および気分状態を評価するための指標としてfNIRS信号を組み込む可能性を明らかにした。

競争時の脳:fNIRSを用いたハイパースキャニングによる認知力の向上と脳間カップリング

Brains in Competition: Improved Cognitive Performance and Inter-Brain Coupling by Hyperscanning Paradigm with Functional Near-Infrared Spectroscopy
Balconi, Michela and Vanutelli, Maria E Frontiers in behavioral neuroscience, vol.11, p.163, 2017.

脳のハイパースキャニングは,2人の被験者による競争課題に適用された.機能的近赤外分光法(fNIRS)および認知能力は,共同作業中の被験者(14ペア)間の脳間および認知戦略の類似性によって調査された.我々は,共同作業と競争によって脳間カップリングの増加と認知力の向上が示唆した.被験者の間の直接的な相互作用と観察されるパフォーマンスの外部フィードバック(実験的に誘発された架空のフィードバック)は,エラー率(ER)および応答時間(RT)の低下という認知能力に影響を及ぼすと考えられた.また,fNIRSの測定値(オキシヘモグロビン)は,前のフィードバック条件よりも後のフィードバックの条件において,前頭前皮質(PFC)における脳活動の増加を明らかにした.さらに,課題中の被験者ペアの脳活動の類似性はより高く,前フィードバック条件よりも後フィードバック条件において高かった.最後に,右半球において前頭部の有意な増加が観察された.実際,右のPFCは,後のフィードバック条件において,被験者ペア内で類似する応答性がみられた.共同作業および競合課題は,これらの認知能力の向上,ペア間の脳の同期した応答性のおよび左右機能分化効果(負の感情)を説明した.

前頭-頭頂ネットワークとデフォルトネットワークの間の動的機能的接続性の状態依存性は認知の柔軟性に関わる

State-dependent variability of dynamic functional
connectivity between front oparietal and default
networks relates to cognitive
flexibility
Neuroscience, vol.339, pp.12-21, 201620170515_mnishizawa

脳は,継続的に再構成する動的で柔軟なネットワークである.しかしながら,動的機能的接続性の状態依存性変
動(vdFC) が認知の柔軟性にどのように関連しているかについての神経基盤は明らかではない.従って,安静状態
と課題状態の機能的核磁気共鳴イメージング(re-fMRI およびt-fMRI)の間の柔軟な機能的接続性を調査し, また
別に神経心理テストを行った.我々は,前頭-頭頂ネットワーク(FPN) とデフォルトモードネットワーク(DMN)
との間の状態依存性vdFC が認知の柔軟性に関係していると仮定している.17 人の健康な被験者がStroop カラー
ワードテストを行い,t-fMRI(Stroop コンピュータ化バージョン) およびre-fMRI を受けた.皮質アトラスから時
系列を抽出し,スライディングウィンドウ手法を用いて,被験者1 つあたりの多数の相関行列を得た.vdFC は,
これらのウィンドウに対する接続強度の標準偏差として定義された.より高いタスク状態のFPN-DMN vdFC は,
認知の柔軟性と関連していたが,静止状態のFPN-DMN vdFC には反対の関係があった.さらにタスク状態と安
静状態のvdFC との大きなコントラストは,より良好な認知能力に関連する.我々の結果は,これらのネットワー
ク間のダイナミクスが最適な機能のために影響を与えるだけでなく,状態間のダイナミクス間のコントラストが
認知能力を反映していることを示唆している.