作業記憶,感情処理および安静状態におけるfMRIに基づくグラフの理論的特性のtest-retestの信頼性

Test-retest reliability of fMRI-based graph theoretical properties during working memory, emotion processing, and resting state
H. Cao, M.M. Plichta, A. Schafer, L. Haddad, O. Grimm, M. Schneider, C. Esslinger, P. Kirsch, A. Meyer-Lindenberg and H. Tost
Neuroimage, vol. 84, pp. 888-900, 2014.
20171214_tmiyoshi

機能的磁気共鳴イメージング(fMRI)およびグラフ理論分析による脳結合の研究は,近年非常に普及しているが,これらの特性,特に能動的fMRIタスクから得られたものの堅牢性についてはほとんど知られていない.ここでは,3つの確立したfMRI実験(n-back,ワーキングメモリ,顔照合,安静状態)とノードを定義するための2つのアトラス(AAL,Power)を用いて健常者26名から脳グラフのtest-retest信頼性を計算した.我々は,5つの異なるデータ処理戦略のクラス内相関係数(ICC)を比較し,条件別回帰分析を用いたタスク回帰法の優れた信頼性を実証した.タスク間の比較では,アクティブなタスクと比較して安静時のICCが大幅に高くなっており,グローバルおよびローカルネットワークプロパティの顔照合タスクに対するn-backタスクの優位性が明らかになった.平均ICCは一般的にアクティブなタスクでは低くなっていたが,グローバルおよびローカルの接続プロパティ,両方のアトラス,スモールワールドでのn-backタスクでは,全体的に相当で良好な信頼性が検出された.また,3つのタスクとアトラスすべてについて,ローカルネットワークプロパティの平均ICCが低いことがわかった.しかし,チャレンジされた機能(安静状態:デフォルトモードのネットワークノード、nバック:フロントノード、頭頂ノード、顔マッチング:辺縁系ノード)にとって重要であることが知られている領域では、ノード特有の良好な信頼性が検出された.しかし,安静状態のデフォルトモードネットワークノード,n-backの前頭ノード,頭頂ノード,顔マッチングの辺縁系ノードのように,その機能にとって重要であることが知られている領域では,ノード特有の良好な信頼性が検出された.アトラス比較の結果では,グローバルおよびローカルネットワークプロパティの機能的な分割化の信頼性が大幅に向上した.我々の知見は,能動的なタスク,グラフ理論の方法,および対象内のデザイン.,特に将来のpharmaco-fMRI研究を用いて,fMRI研究の処理戦略,脳アトラスおよび結果特性の選択を知らせることができる.

適度な感情の規制に関わる背側および腹側前頭前野質の効果的なコネクティビティの変化

hanges in Effective Connectivity Between Dorsal and Ventral Prefrontal Regions Moderate Emotion Regulation
Morawetz, Carmen and Bode, Stefan and Baudewig, Juergen and Kirilina, Evgeniya and Heekeren, Hauke R
Cerebral Cortex, Vol.26, pp.1923-1937, 2015
20171214 katayama

潜在的に感情的に覚醒する事象の認知再評価は,前頭前皮質(PFC)内のトップダウン評価システムに基づい ていると提案されている.しかし,前頭前皮質がどのように相互作用して感情反応を制御し,調節するかは依然と して不明である.本研究では,再評価に関与する背側および腹側前頭前野質間の機能的相互関係を特徴づけるた め,fMRI と動的因果モデリング(DCM)を用いた.具体的には,非常に激しいスポーツ映画クリップに反応し た感情のアップ,ダウンレギュレーションにおける下前頭回(IFG),背側前頭前皮質(DLPFC)および他の再評 価関連領域(補助運動野,縁上回)の間の効果的な接続性を検証した.結果,DLPFC は IFG と強く相互接続し ており,前頭前野感情調節ネットワークの中心ノードであることを見出した.さらに DCM 分析は,DLPFC から IFG への接続強度の興奮性変化と再評価における IFG と DLPFC の間の接続強度の抑制性変化を明らかにした.

適度な感情の規制に関わる背側および腹側前頭前野質の効果的なコネクティビティの変化

hanges in Effective Connectivity Between Dorsal and Ventral Prefrontal Regions Moderate Emotion Regulation
Morawetz, Carmen and Bode, Stefan and Baudewig, Juergen and Kirilina, Evgeniya and Heekeren, Hauke R
Cerebral Cortex, Vol.26, pp.1923-1937, 2015
20171212 sikeda

潜在的に感情的に覚醒する事象の認知再評価は,前頭前皮質(PFC)内のトップダウン評価システムに基づい ていると提案されている.しかし,前頭前皮質がどのように相互作用して感情反応を制御し,調節するかは依然として不明である.本研究では,再評価に関与する背側および腹側前頭前野質間の機能的相互関係を特徴づけるた め,fMRI と動的因果モデリング(DCM)を用いた.具体的には,非常に激しいスポーツ映画クリップに反応し た感情のアップ,ダウンレギュレーションにおける下前頭回(IFG),背側前頭前皮質(DLPFC)および他の再評 価関連領域(補助運動野,縁上回)の間の効果的な接続性を検証した.結果,DLPFC は IFG と強く相互接続し ており,前頭前野感情調節ネットワークの中心ノードであることを見出した.さらに DCM 分析は,DLPFC から IFG への接続強度の興奮性変化と再評価における IFG と DLPFC の間の接続強度の抑制性変化を明らかにした.

縦断的タスクに基づいたfMRIの縦断的テストの信頼性:発達研究への示唆

Test-retest reliability of longitudinal task-based fMRI: Implications for developmental studies
Megan M. Herting, PraptiGautam, ZhanghuaChen, AdamMezher, Nora C. Vetter
Developmental Cognitive Neuroscience, Available online 13 July, 2017
2017_1212taimoto

“小児および青年期における脳の発達の変化をより正確に同定するための縦断的実験設計の,
fMRI研究が大きく進歩している.脳の発達の典型的および非典型的パターンについての理解には縦断的なfMRI研究が必要であるが,fMRIのBOLD信号で観察される変動性および発達中の集団における縦断的テストの信頼性が懸念されている.ここでは,クラス内相関係数(ICC)によって指標付けされた小児および青年のfMRIテスト(5〜18歳)の縦断的テストの信頼性の現在の状態をレビューする.発達型認知神経科学研究におけるfMRIの再テストの信頼性を向上させる方法を強調することに加えて,縦断的なfMRIの研究デザインの設計,分析,結果報告に関する対話のプラットフォームを開拓する.”

正負の感情処理は情動的な画像の表示中に解離可能な機能ハブを示す

Positive and negative affective processing exhibit dissociable functional hubs during the viewing of affective pictures
Fekete, Tomer and Beacher, Felix DCC and Cha, Jiook and Rubin, Denis and Mujica-Parodi, Lilianne R
Human brain mapping, Vol.36, pp.415-426, 2015
20171116 sikeda

グラフ理論の指標を用いた最近のレスティングステイトにおける機能磁気共鳴イメージング(fMRI)研究は, 人間の脳機能ネットワークは,スモールワールドの特徴を有し,いくつかの機能的なハブ領域を含むことを明ら かにした.しかし,感情情報の処理中に感情的脳機能ネットワークが脳内でどのように組織されているかは不明 である.本研究では,健康な大学生 25 名から fMRI データを収集し,合計 81 の陽性,中立,陰性の画像を観察 した.結果は、感情的機能ネットワークは局所的効率がより高い弱いスモールワールドの特性を示し,それは感 情的な映像を見ている間に局所的接続が増加することを意味する.さらに,ポジティブおよびネガティブな感情 処理は,主にポジティブタスク領域に出現する解離可能な機能ハブを示す.これらの機能ハブは,情報処理の中心 であり,ネットワークの平均の重心より少なくとも 1.5 倍大きいノード間の重心値を有する.快の感情ネットワー クにおけるポジティブな影響スコアは,右眼窩前頭皮質と右被殻の間の値と相関を示し,不快情動ネットワーク におけるネガティブな影響スコアは,左眼窩前頭皮質と左扁桃の間の値と相関した.左上頭頂葉および下頭頂葉 における局所効率は,その後の陽性および陰性画像の覚醒評価とそれぞれ相関を示した.これらの結果は,感情 情報の処理中における人間の脳機能結合の組織原理の重要な証拠を提供する.

fMRI resting state におけるDCM

A DCM for resting state fMRI
Karl J.Friston, Joshua Kahan, Bharat Biswal, Adeel Razi
NeuroImage,Vol.94,396-407,2014
20171113 sishida

このテクニカルノートでは異なる脳領域間のクロススペクトルによって測定された機能的結合に基づくresting state fMRI 時系列の動的因果モデル(DCM)を紹介します.このDCM は分散したニューラルネットワークもしくはグラフにおける結合ニューロンの変動の生物物理学的に妥当なモデルから予測クロススペクトルを生成する決定論的モデルに基づいている.有効に得られた結果の図は観測された血行力学的反応間の機能的結合を説明する隠れたニューロン状態間のベストな実効的結合を見つける.これはクロススペクトルは領域変動の(二次)統計的依存性に関するの全情報を含むためである.このノートではモデルの描画,有向および無向の機能的結合の既存の計測との関係,そしてシミュレーションを用いた表面的妥当性を確立することに注目する.その後の論文で確率的DCM とパーキンソン病とハンチントン病における予後の妥当性に関して構築の妥当性を評価する.

ワーキングメモリにおけるDLPFCと海馬の接続性の変化:統合失調症の推定のための独立した遺伝リスクモデルの複製と障害の特異性

Altered DLPFC-Hippocampus Connectivity During Working Memory: Independent Replication and Disorder Specificity of a Putative Genetic Risk Phenotype for Schizophrenia
Michael Schneider, Henrik Walter, Carolin Moessnang, Axel Schafer Susanne Erk, Sebastian Mohnke, Lydia Romund, Maria Garbusow Luanna Dixson, Andreas Heinz
Schizophrenia Bulletin, sbx001, 2017
2017_1107taimoto

“作業記憶中の外側前頭皮質(DLPFC)および海馬の結合性の変化は,統合失調症(SCZ)の表現型と考えられるが,
共通の遺伝的背景を有する他の精神障害との関連性は未知のままである.
ここでは,双極性障害(BD)または大うつ病性障害(MDD)を有する患者のその病気に冒されていない一親等の存在を調べた.さらに私たちは,この表現型の独立した複製を,SCZ患者の一親等にまで提供することを目的とした.
私たちは,N-backタスクにおける,SCZ(n = 62),BD(n = 66),MDD(n = 90)の計218名の患者と
その患者の一親等の健常対照者309名のfMRIデータを取得した.私たちは,DLPFC-海馬(PFWE = 0.031,全てのP値の関心領域[ROI]を補正)に対する有意な群効果を観察した.事後の比較では,この効果は,SCZ親族に由来するものであることが明らかになった.SCZ親族は対照群,BD親族(PFWE = .015)およびMDD親族(PFWE = .082)と比較して,DLPFCおよび右海馬の負の機能的連結性の有意な増加を示した.DLPFCおよび右海馬の負の機能的連結性の有意な増加を示したSCZ親族,MDD親族(PFWE = .082)も同様であった.コントロールに対するBD親族とMDD親族の比較では差はみられなかった(PFWE値$>$ .451).補足分析は,SCZ親族が,構造的差異を含む潜在的ノイズの範囲に対して頑強であることを示唆した.我々のデータは,SCZの中間表現型として,作業記憶中に変化したDLPFC-海馬の接続性をさらに支持する.このことは,この表現型がSCZに比較的特異的であり,気分 – 精神病スペクトルにおける他の遺伝的に関連する障害に影響されないことを示唆している.”

後続レスティングステイト時における機能的コネクティビティの一時的な感情の影響:ウェーブレット相関法によるアプローチ

Impact of transient emotions on functional connectivity during subsequent resting state -A wavelet correlation approach-
Eryilmaz, Hamdi and Van De Ville, Dimitri and Schwartz, Sophie and Vuilleumier, Patrik
Neuroimage 54.3 (2011): 2481-2491.
20171031 sikeda

安静時の脳活動の機能的特性はほとんど理解されてないが,一般的に自己監視および内向的なプロセスに 関連している.本研究では,感情的に正と負の情報が,レスティングステイト時における後続の脳活動の差異に どのように影響したかを調べた.本研究では,恐ろしい,楽しい,ニュートラルな映画に続くレスティングステ イト時を対象に被験者 15 名の fMRI データを計測した.映画視聴時よりレスティングステイト時において,前部, 後部帯状皮質(ACC,PCC),両側島皮質(Insula)および下側頭頂葉(IPL)を含むいくつかの脳領域が有意に 活性した.ウェーブレット相関法およびスモールワールドネットワーク解析を用いて,異なる周波数帯域での機能 的コネクティビティも評価した.前部帯状回と島皮質の接続は,先行する感情によってレスティングステイト時に 強く増強し,腹側,内側前頭前野と扁桃間の結合は選択的に減少した.より高い周波数帯において,これらの影響 は楽しい映画よりも恐ろしい映画の後続レスティングステイト時に顕著であった.さらに,感情刺激後の前部帯 状回と島皮質におけるレスティングステイト時の初期抑制に続いて,経時的な緩やかな回復が確認された.また, 感情は下側頭頂葉の平均活動に影響を与えなかったが,他の地域との接続性を高めた.これらの知見は,感情的 な覚醒からの回復中に収集された特定の神経回路を明らかにし,感情的に顕著な刺激においてデフォルトモード ネットワークの複雑な機能的ダイナミックスを強調する. /git/personal/sikeda/LiteratureSearch/20171031

注意タスク中の瞑想者と非瞑想者のDefault mode network 接続の違い

Differences in Default Mode Network Connectivity in Meditators and Non-meditators During an Attention Task
E.H. Kozasa, J.R. Sato, T.A. Russell, M.A. Barreiros, S.S. Lacerda, J. Radvany, L.E. Mello and E. Amaro
Journal of Cognitive Enhancement, pp. 1-7, 2017.
20171023tmiyoshi

健常者の非自己参照目標指向タスクの間,Default mode network(DMN)の活動は低下する.本研究では,注意パラダイムの間に,定期瞑想者と非瞑想者のDMN の機能的なつながりの違いを調べた.年齢,学歴,および性別の一致する定期瞑想者と非瞑想者に,機能的核磁気共鳴イメージング(fMRI)に適合したStroop Word-Color Task(SWCT)で視覚的に提示した単一のワードの色を答えさせた.タスクは,参加者が瞑想していないときに行われた.>画像データに基づく回帰分析は,後部帯状皮質(PCC)と左右の頭頂小葉との結合が,定期瞑想者と非瞑想者を識別するのに有用であることを示した.グレンジャー因果関係の結果は,PCC に活動が右外側頭頂皮質における活動を予測するための情報を含み,この予測の正確さは,非熟練者よりも定期瞑想者において高いことを示した.これは定期的な瞑想において,これらの2 つの領域間の強いつながりがあることを示す.定期瞑想者とは対照的に,非瞑想者ではPCC は左頭頂部の領域に影響され,この領域は非瞑想者のPCC によってより影響される.グループ間のDMN におけるこれらの機能的接続性の差異は,瞑想者と比較して非瞑想者のSWCT に,より高い頻度の注意散漫が存在する可能性が示された.

ちょっとした考え:どのようにマインドワンダリングはダイナミックな脳のコネクティビティで表現されるか

Just a thought: How mind-wandering is represented in dynamic brain connectivity
Aaron Kucyi
NeuroImage, Available online 3 July 2017
20171023 katayama

脳の領域とネットワークの役割が自発的思考の様々な要素のために定義されていることで,マインドワンダリングの脳神経科学が盛んになり始めている.しかし,脳活動の大部分は,直ちに起こっている考えを表すものではない.代わりに,自発的で組織化されたネットワーク活動は,現在の経験とは無関係の「内在的な」機能を主に反映する.脳ネットワークが主に無意識のプロセスで他の進行中の機能と並行して,マインドワンダリングをどのように表しているかについてコンセンサスは残っていない.一般的に,機能的な神経画像データのネットワーク解析では,離れた領域間の機能的コネクティビティ(FC; 相関した時系列)が数分以上に渡って検討される.対照的に,ダイナミックな機能的コネクティビティ(dFC)は,思考内容の個人内変動が起こり得るより速い時間スケールで,ニューラル・ネットワーク通信における自発的変化を特徴付ける新しい有望なアプローチである.ここでは,マインドワンダリングとFC の潜在的な関係が伝統的に文献で考慮されてきた方法を説明し,dFC マインドワンダリング関係の研究に関する方法と結果をレビューする.dFC アプローチへの課題を認識し,内部経験の変動を行動的に捕捉する一方で,意識的および無意識の処理に時間的に関連する重み付けされた接続からなる脳ネットワーク活動パターンの観点から自発的な考えを記述するフレームワークを記述する.この展望は,マインドワンダリングでのある種の解剖学的コミュニケーション手段(例えば,デフォルトモードネットワークによる)の優先的な役割を主張しながら,領域の接続性が意識的内容と直ちに関連して時間とともに変動し,最終的に思想の新しさと多様性も示唆する.