認知症および正常な加齢における主観的な作業及び宣言的記憶

Subjective working and declarative memory in dementia and normal aging
Almkvist, Ove and Bosnes, Ole and Bosnes, Ingunn and Stordal, Eystein Acta Neurologica Scandinavica, 2019.

“目的:主観的な記憶の疾患は,高齢者と認知症患者の両方でよく見られる.この研究では,認知症患者と正常な高齢者を区別するため,宣言的記憶と作業記憶に分けられた主観的記憶の能力を調査した.

方法:参加者の2つのグループ(認知症患者(n = 117)および正常な高齢者(n = 117))の年齢,性別,および教育に関して個別に一致させた.すべての被験者は,ノルウェーのノールトレンデラグ郡で行われたHUNT人口健康調査の第3波に参加し,HUNT研究でメタメモリ質問表(MMQ)を完了した.MMQは2つのコンポーネントに細分された.1つは宣言記憶(エピソードおよびセマンティック)に関連付けられ,もう1つは作業記憶に関連付けられている.

結果:認知症患者は,通常の高齢者よりも主観的記憶の懸念が有意に高いことを報告した.作業記憶要素と宣言的記憶要素の違いは,認知症患者の方が正常な高齢者よりも有意に大きかった.この発見により,認知症の患者と正常な高齢者を区別することが可能となった.心身の健康状態は,2つのグループの差別化に大きな影響を与えなかった.

結論:臨床および研究応用では,主観的な記憶コンポーネントは,宣言的記憶ではなく,自己申告による作業記憶の障害を使用することにより,認知症患者と正常な高齢者の差別化に寄与する可能性がある.”

ワーキングメモリトレーニングがもたらす前頭部の活動は通常の高齢者と軽度認知障害を予測する可能性

Prefrontal activation may predict working-memory training gain in normal aging and mild cognitive impairment
A. Vermeij, R.P. Kessels, L. Heskamp, E.M. Simons, P.L. Dautzenberg and J.A. Claassen
Brain imaging and behavior, vol. 11, no. 1, pp. 141−154, 2017

認知訓練は, 正常な加齢と軽度認知障害(MCI) の行動パフォーマンスの改善をもたらすことが示されているが, 認知可塑性の神経相関, または認知訓練に対する反応性の個人差についてはほとんど知られていない. この研究では, 21 人の健康な高齢者と14 人のMCI 患者が5 週間の適応型コンピューター化作業記憶(WM)トレーニングを受けた. トレーニングの前後に, 機能的近赤外線分光法(fNIRS) を使用し, さまざまなレベルのWM 負荷の言語n-back の実行中に左右の前頭前野の血行動態反応を評価した. トレーニング後, 健康な高齢者は, 高WM 負荷で前頭前野の活性化の低下を示した. これは, 処理効率の向上を示している可能性がある. MCI 患者はトレーニング後の低WM 負荷で行動パフォーマンスが改善したが, トレーニングに関連した前頭前野活性化の変化の証拠はなかった. 全群分析では, 低WM負荷での比較的強い血行力学的反応はより悪い行動パフォーマンスに関連し, 高WM負荷での比較的強い血行力学的反応はより高いトレーニング効果に関連することが示された. したがって, 高齢の”若者のような”前頭前野活性化パターンは, より良い行動結果と認知的可塑性と関連している可能性がある.

経過時間の推定に対する注意とワーキングメモリの影響

The effect of attention and working memory on the estimation of elapsed time
Polti, Ignacio and Martin, Beno^t and van Wassenhove, Virginie Scientic reports, vol.8, pp.6690, 2018.

時間知覚の心理学的モデルは注意と記憶を含む:注意は典型的には事象の流れを調節するが,記憶は時限事象または時間間隔を維持する.時間知覚における注意と記憶の正確な,そしておそらく明確な役割については議論の余地がある.この行動研究では,我々は完全に時間に注意を払っている間,またはワーキングメモリ(WM)タスクを実行している間の予想される期間推定タスクにおいて,48人の参加者をテストした.我々は時間に注意を払うことは秒から分の範囲で知覚持続時間を延長したが,注意を時間から遠ざけることは知覚持続時間を短縮することを報告する.時間に注意を払うことによる過大評価は,持続時間に比例しなかった.それとは反対に,WM負荷の増加は主観的な持続時間を体系的に減少させ,この効果は持続時間とともに拡大した.ここでは、時間推定のベイズモデルの観点からタイミングとスカラーの変動性における,注意とWM間の解離を議論する.

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."

全脳的な内在性回路間の結合パターンから作業記憶の成績上限を予測する

Predicting learning plateau of working memory from whole-brain intrinsic network connectivity patterns
Yamashita, Masahiro and Kawato, Mitsuo and Imamizu, Hiroshi
Scientific reports, vol.5, pp.7622, 2015.

認知機能の個々の学習パフォーマンスは,対応する認知タスク間に活動が増加する「課題関連」領域内の機能的結合に関連している.一方,どの脳領域も他の領域や脳全体のネットワークとつながっているため,学習は異なる機能を持つネットワーク間の接続性の調節を特徴とする.よって,学習パフォーマンスは,課題に関連したネットワークと関連の弱いネットワークの両方を含む内在性回路網間の機能的結合によって決まると仮定した.被験者は安静時機能的MRIを計測し,別の日にワーキングメモリ課題で短時間の訓練(80〜90分)を受けた.全脳内在性ネットワークの機能的結合パターンを計算し,スパース線形回帰モデルが個々のパターンから成績上限を予測するかどうかを検討した.その結果,モデルは高精度な予測をした(R2 = 0.73, p = 0.003).左前頭頭頂ネットワークを含む,課題に関連したネットワーク内の正の相関をもつ結合は,予測に対する寄与率のほぼ半分(48%)を占めた.さらに,我々の仮説と一致して,活性化されていないネットワークと活性化されているネットワークの接続は同程度の寄与(44%)を示した.我々の調査結果は,学習成績は,課題に関連したネットワーク内のシステムレベルの相互作用,ならびに課題に関連したネットワークと関連の弱いネットワーク間のシステムレベルの相互作用によって潜在的に決まることを示唆している.

リアルタイム機能的核磁気共鳴画像法(rt-fMRI)ニューロフィードバック訓練とワーキングメモリ実践による背外側前頭前野の神経生理学の強化された制御

Enhanced control of dorsolateral prefrontal cortex neurophysiology with real-time functional magnetic resonance imaging (rt-fMRI) neurofeedback training and working memory practice
Sherwood, Matthew S and Kane, Jessica H and Weisend, Michael P and Parker, Jason G
Neuroimage, vol.124, pp.214-223, 2016.

リアルタイム機能的核磁気共鳴画像法(rt-fMRI)ニューロフィードバックは,血中酸素レベル依存性(BOLD)信号の局所的で意識的な調節を訓練するために使用することができる.治療技術として,rt-fMRIニューロフィードバックはさまざまな神経障害の症状を軽減する.今日まで,認知能力を高めるためのrt-fMRIニューロフィードバックを使用した自己調節トレーニングの使用を調査した研究はほとんどない.この研究は,左背外側前頭前野(DLPFC)の活動を意識的に制御するために健康な個人を訓練することによって,人間の認知を高めるためのツールとしてのrt-fMRIニューロフィードバックの有用性を調査している.実験群の18人の健康な参加者集団は,2週間にわたり5回の訓練セッションで左DLPFCからrt-fMRIニューロフィードバックを受け,一方対照群の7人の参加者は,MRIの外およびrt-fMRIニューロフィードバックなしで同様の訓練を受けた.ワーキングメモリ(WM)のパフォーマンスは,2つのコンピューターテストを使用し,5つのrt-fMRIニューロフィードバックセッションで区切られた2日のテスト日に評価された.2日のテスト日にわたるトレーニングセッションおよびWMパフォーマンスにより,BOLDシグナルを制御する機能を調査した.rt-fMRIニューロフィードバック群では,セッションをまたぎ左DLPFCのBOLDシグナルを自己調節する能力が有意に増加した.WMのパフォーマンスは,rt-fMRIニューロフィードバックグループで観察された最大の増加とともに,グループ間で試験1日目と2日目との間で異なる改善を示した.これらの結果は,個人が左のDLPFCを意識的に制御する能力を素早く得ることができるという証拠を提供し,そしてこれは訓練を超えてWM性能の改善をもたらす.

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."

認知状態および認知負荷に対する fNIRS の感受性

Sensitivity of fNIRS to cognitive state and load
Fishburn, Frank Anthony and Norr, Megan E and Medvedev, Andrei V and Vaidya, Chandan J Frontiers in human neuroscience, Vol.8, pp.76, 2014

機能的近赤外分光法(fNIRS)は,脳皮質の血流を測定する新しく低価格の非侵襲神経イメージング技術である. fNIRS は臨床的および小児への使用のための fMRI の潜在的な代わりとして関心を集めているが,fNRIS が fMRI の代わりとして役立つために必要な感受性を有するかどうかは不明である.そこで本研究では,fNIRS が認知負 荷に応答して活性および機能的連結における線形変化を検出する感度を有し,レスティングステイト時からタス クに移行する際の機能的接続性が変化するかどうかを調べた.16 人の成人被験者に対して,10 分間のレスティン グステイトの後,3 つの認知負荷を有する N-back 課題時の活動を連続波 fNIRS システムを用いて計測した.両 側背側前頭前野,両側腹側前頭前野,前頭皮質および両側頭頂皮質を覆う 5 つの光プローブを配置した.活性は, 両側前頭前野において認知負荷と直線的に比例することがわかった.機能的接続性は,前頭,頂部,両側背側前 頭前野および局所的接続が認知負荷の増加とともに増加することがわかった.機能的接続性は,レスティングス テイトと N-back で異なり,N-back 課題時に前頭,頂部の結合が大きくなりレスティングステイト時に両側腹側 前頭前野の結合がより大きくなった.これらの結果は,fNIRS が認知負荷および状態の両方に敏感であることを 示しており,fNIRS が神経イメージング研究問題を探索するのに適しており,fMRI の実行可能な代わりとして役 立つことを示唆している.

ワーキングメモリの負荷量による角回デフォルトモードネットワークの接続性

Angular default mode network connectivity across working memory load
D. Vatansever, A.E. Manktelow, B.J. Sahakian, D.K. Menon, and E.A. Stamatakis
Human Brain Mapping, Vol. 38, No.1, pp.41-52, 2017

“初めはタスク無しの間やベースラインコンディションで特定されていたが,現在はデフォルトモードネットワーク(DMN)は他の大規模な脳ネットワークと柔軟な相互作用により様々なワーキングメモリパラダイムで関与することが示唆された.それにも関わらず,ワーキングメモリ負荷の増加に伴う全脳の動的接続性への寄与ははっきりと評価されていない.我々の研究の目的はパラメトリックな難易度の増加を伴うfMRI でのn-back パラダイムのワーキングメモリタスクパフォーマンスに関連するDMN ハブを見つけることである.固有接続性コントラスト(ICC)と呼ばれるボクセルごとのメトリックを使って,私たちは角回(DMN のハブの中核)は3 種類のn-backタスクの負荷のレベルによって全体的な接続性が大きく変化することを見つけた.それに続くシードベースの機能的機接続性解析がDMN 領域の角回が他の大規模脳ネットワークと頑丈に影響していることを明らかにし,全体的な情報の統合における潜在的な関与を示唆する.更にこの仮説の裏付けは私たちが角回の接続性と正確な反応のリアクションタイムの間に見つけた有意な相関から来ている.我々の研究が示唆するのはDMN はn-abck タスク時に活発に関与することであり,環境的な要求の増加に反応して全脳の接続性の変化に寄与する中核の角回領域が結果としてワーキングメモリに重要な役割を果たすということである.”

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。