ワーキングメモリのパフォーマンスに関する脳の接続性

Brain Connectivity Related to Working Memory Performance
Michelle Hampson, Naomi R. Driesen, Pawel Skudlarski, John C. Gore and R. Todd Constable
Journal of Neuroscience 20 December 2006, 26 (51) 13338-13343
2018_0423 taimoto

後部帯状回皮質(PCC)および内側前頭回および腹側前方帯状回皮質(MFG / vACC)の部分を組み込んだ内側前頭領域を含む,いくつかの脳領域は,機能的イメージング研究における多くの異なる認知課題中にシグナル低下を示す.これらの領域は,安静時に係合し,認知課題中に離脱するデフォルトモードネットワークの構成要素であることが示唆されている.この研究では,作業記憶タスク中および安静時のPCCとMFG / vACCとの間の機能的接続性を,領域間の磁気共鳴信号レベルの時間相関を調べることによって調査した. 2つの領域は両方の条件において機能的に連結されていた.さらに,作業記憶タスクの性能は,作業記憶タスクの間だけでなく,安静時でも,この機能接続の強度と正の相関があった.したがって,これらの領域は,認知課題の間に乖離するのではなく,認知能力を促進または監視するネットワークの構成要素であると思われる.さらに,これらのデータは,これらの2つの領域の間の結合強度の個人差が,この作業記憶タスクにとって重要な認知能力の差異を予測する可能性を高める.

個々の人間の脳の精密な機能マッピング

Precision Functional Mapping of Individual Human Brains
Evan M.Gordon, Timothy O.Laumann, Adrian W.Gilmore, Dillan J.Newbold Neuron, Volume 95, Issue 4, 16 August 2017, Pages 727-729
20180423knakamura

fMRIを用いた人間の脳機能の研究は,休止状態の機能的接続性(RSFC)およびタスク活性化マップの詳細と特異性,および臨床的有用性を調べるためにグループ全体で平均化されたデータを分析することに主に焦点を当てている.脳組織の機能的な理解を個々の人間のレベルについて行うために,10名の成人のそれぞれから,5時間のRSFCデータ,6時間のタスクfMRI,複数の構造的MRI,および神経心理学的検査を含む新規なMRIデータセットを用意した.これらのデータを使用して,個人ごとに10の忠実度の高い個人特有の機能的コネクトームを生成しました.この個人の機能的接続に基づくアプローチは,構造的およびタスクに由来する脳の特徴に対応する独自のネットワーク機能とネットワークトポロジーを含む,脳ネットワークにおけるいくつかの新たな変動性を明らかにした.我々は健常者および罹患した個々の人間の脳の組織を調べる将来の研究に用いるモデルとして,この高度にサンプリングされた個人中心のデータセットを神経科学者のためのリソースとして発表した.

瞬時接続の時間経過を用いた機能分割

Functional parcellation using time courses of instantaneous connectivity
Erik S.B.van Oort, Maarten Mennes, Tobias Navarro Schroder
NeuroImage 2017, Available online 14 July 2017

機能的な神経イメージングの研究により,脳機能は空間的に分離された領域間の機能的ネットワークの集合であると理解されてきた.これらのネットワークは,各ネットワークの機能を強調して担う1 組の領域群から構成されていると考えられる.このため,脳の機能的構造の本質的なコンポ―ネントが脳の各領域であるとして,機能的な分割によって脳の機能的領域を同定することを目的とする手法が数多く提唱されている.現在の分割手法は,通常,ボトムアップ手法を採用し,より小さい単位の領域をクラスタリングすることによって領域を生成する.本研究では,あらかじめ定められた関心領域をサブ領域に分割するために,脳機能の瞬時の接続性を用いたトップダウン手法を提案する.最適なサブ領域の数を決定するために,split-half reproducibility が用いられた.静止状態のfMRI データに対して瞬時接続分割手法が適用され,視床、嗅内皮質、運動皮質、および脳幹および線条体を含む皮質の分割を生成する能力が実証された.分割された領域は,細胞構造アトラスと比較して評価され,本手法が既知の細胞構造的特徴に従う生物学的に有効な領域を生成することが示された.

ヒトにおける感情知覚の一般的な神経相関

Common neural correlates of emotion perception in humans
Jastorff, Jan and Huang, Yun-An and Giese, Martin A and Vandenbulcke, Mathieu
Human brain mapping, Vol.36, pp.4184-4201, 2015
20180130 sikeda

神経イメージングの結果が感情カテゴリの識別可能な神経相関を支持するかどうかは長年にわたる論争である. 最近の 2 つのメタアナリシスでは,この命題に対して一方は支持,他方は反対といった正反対の結論に達した.こ の問題に関する直接的な証拠を得るため,単一の fMRI デザイン内で 4 つの感情の活性の比較を行った.怒り狂っ た,幸せな,恐ろしい,悲しいそして中立的な刺激が動的な身体表現として提示された.加えて相対的な感受性を 決定するために,被験者は行動実験によって中立的な感情と情動性感情との間の感情形態の分類を行った.脳行 動相関は,試験された 4 つの感情すべてにおいて同一であった大きな脳内ネットワークを明らかにした.この脳 内ネットワークは主に,デフォルトモードネットワークおよびセイリエンスネットワーク内に位置する領域から なっていた.4 つの感情について脳行動相関を示すにも関わらず,マルチボクセルパターン分析はこの感情ネット ワークのいくつかのノードが,個々の感情を区別することが可能である情報を含んでいることを示した.しかし有 意差は感情ネットワークに限定されず,行動観察ネットワーク内のいくつかの領域でも確認された.まとめると本 研究結果は,共通の感情的な脳内ネットワークは視覚処理と感情的な刺激の差別を支持している立場に賛成する.

EEG NeuroFeedback によって誘発される睡眠前の移行に必要かつ十分な神経動態

Neural dynamics necessary and sufficient for transition into pre-sleep induced by EEG NeuroFeedback
Kinreich, Sivan and Podlipsky, Ilana and Jamshy, Shahar and Intrator, Nathan and Hendler, Talma
NeuroImage, vol.97, pp. 19-28, 2014
20180125 sfujii

“完全に起きている状態から睡眠前までの移り変わりは,眠り込む直前に毎日発生する.したがってその乱れは有害であるかもしれない.しかし,移り変わりにおける神経相関は,その固有の動態を捉えることが困難なために,不明確なままである.私たちは睡眠前への速やかな移り変わりのためにEEG シータ/アルファニューロフィードバックを使用し,また,状態依存性神経活動を明らかにするため同期したfMRI を使用した.リラックスした精神状態は,副交感神経反応に対応する増強によって確認された.Neurofeedback セッションは,時間的に明確な「クロスオーバ」ポイントとしてマークされた,アルファよりもシータパワー増加のすでに知られているEEG サインに基づいて,成功または失敗として分類されました.fMRI の活性化は,この時点の前後で検討した.成功した睡眠前への移り変わりの間,クロスオーバ前の期間は,主に感覚ゲート関連領域(例えば,中間視床)におけるfMRI 活性の低下に対応するアルファ調節によって示された.並行して,移り変わりには十分ではないが,シータ調節は,辺縁系および自律神経制御領域(例えば,海馬,小脳)における活性の増加に対応した.クロスオーバ後の期間は,前頭部のセイリエンスネットワーク(例えば,前部帯状皮質,前部島)内のfMRI 活性の低下に対応するアルファ調整によって指定され,対照的に,後頭部のセイリエンスネットワーク(例えば,後部帯状皮質,後部島)に対応するシータ調節はによって指定された.私たちの発見は,覚醒状態から睡眠前状態への精神的移り変わりの根底にある多段階的な神経動態を描写している.移り変わりを開始するには,外部への監視における領域での活動の減少が必要であり,移り変わりを維持するためには,それぞれの処理に基いて外部から内部への移行を反映して,セイリエンスネットワークの前頭部と後頭部の間の反対がそれぞれ必要であった.”

機能的コネクトームの確率的閾値処理:統合失調症への応用

Probabilistic thresholding of functional connectomes: application to schizophrenia
F. Vasa, E.T. Bullmore and A.X. Patel
NeuroImage, 2017.
20180122_tmiyoshi

機能的なコネクトームは,一般に,領域の神経生理学的信号間の相互相関を閾値処理することで構築されたスパースなグラフとして解析される.閾値処理は,一般に,与えられた絶対値の重みを超えるエッジを保持することによって,または,エッジ密度を制約することによって最も強いエッジ(相関)を保持する.後者の(より広く使用される)方法は,高いエッジ密度による偽陽性のエッジの包含,および低いエッジ密度による陽性のエッジの排除のリスクがある.本稿では,統合失調症患者71名と健常者の対象群56名のresting-stateにおけるfMRI計測データセットに対し,第一種過誤(偽陽性)に対して制御された確率的閾値付きグラフの構築を可能にする新しいウェーブレットベースの方法を適用する.コネクトームを固定されたエッジ特異的P値に閾値処理することにより,統合失調症患者の機能的コネクトームは健常者の機能的コネクトームよりも断続的であり,低いエッジ密度および多くの非連結成分を示した.さらに,多くの被験者のコネクトームは,第一種過誤を制御しながら,文献で一般的に研究されている固定エッジ密度(5~30\%)まで構築できなかった.また,以前に統合失調症研究で報告されたトポロジーランダム化は,コネクトームを相関に基づいて固定密度に閾値処理するときに含まれていた「有意でない」エッジに起因する可能性が高いことが示唆された.最後に,P値を増加させることによって閾値化されたコネクトームを明示的に比較し,相関を減少させることによって,確率的に閾値化されたコネクトームはランダム性の減少および被験者間の一貫性の増加を示す.我々の結果は,グラフ理論を用いた機能的コネクトームの将来の解析,特にエッジ重み(相関)の異種分布を示すデータセット内,グループ間または被験者間の関係に影響を及ぼす.

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.”