クラウストルム

クラウストルム
ヒトの大脳の冠状断面。前障は矢印で示されている。
人間の大脳の横断面。（前部が上側です。） 前障は矢印で示されています。
詳細
の一部	脳
動脈	中大脳動脈
識別子
メッシュ	D000079482
ニューロネーム	252
ニューロレックスID	ビルンレックス1522
TA98	A14.1.09.421
TA2	5535
ＦＭＡ	67440
神経解剖学の解剖用語 [Wikidataで編集]

クラウスラム（ラテン語で「閉じる」または「閉じる」を意味する）は、脳にあるニューロンとそれを支えるグリア細胞の薄いシートで、大脳皮質と、扁桃体、海馬、視床を含む皮質下領域につながっている。^{[1] [2]外側では}島皮質、内側では被殻の間に位置し、それぞれ外被と外被に包まれている。 ^{[3] [1] [4]}クラウスラムへの血液は中大脳動脈から供給される。^{[1]クラウスラムは脳内で最も密に接続された構造であると考えられており、視覚、聴覚、触覚などのさまざまな皮質入力を}1 つの経験に統合できると仮定されている。^{[4] [5]}他の仮説では、クラウスラムは背景雑音の中で最も行動に関連のある刺激に注意を向けるために、顕著性処理に役割を果たしていると示唆されている。^[6]前障病変を有する個体数が限られており、神経画像の解像度が低いため、前障の研究は困難である。

前障は、大きさ、形、神経化学組成が異なる様々な細胞型から構成されています。5種類の細胞型が存在し、これらの細胞の大部分は皮質に見られる錐体ニューロンに似ています。 ^{[7] [8]前障内には}皮質層のような層状の細胞型組織はなく、細胞体は錐体状、紡錘形、円形です。^[1]前障で見られる主要な細胞型はゴルジ体I型ニューロンで、これは棘で覆われた樹状突起を持つ大きな細胞です。^{[9] [8]}

半球間の接続を通じて、前頭眼野と視覚皮質の間など、脳の大きく離れているが機能的に関連する部分の活動を同期させる役割を果たしていると考えられています。^{[1] [10] [11]}そのため、前頭眼野は異なる情報様式を組み合わせる役割を果たし、意識自体をサポートする可能性があると考えられています。^{[10] [12]}前頭眼野のもう1つの提案された機能は、関連する情報と無関係な情報を区別して、後者を無視できるようにすることです。^{[5] [12] [13]}

意識の皮質構成要素には、前頭頭頂皮質、帯状皮質、楔前部が含まれる。前障はこれらの領域と広範囲に渡ってつながっていることから、前障は注意と意識の両方に役割を果たしている可能性が示唆されている。持続的な注意と意識を仲介する神経ネットワークは前障に入力を送り、ヒトにおけるある症例報告では、前障付近の電気刺激が患者の意識状態を可逆的に乱したことを示唆している。^[14]

前障は、島皮質と外包の深部、外包と基底核の表面に位置する、両側の小さな灰白質構造（大脳皮質の約0.25％を占める）である。^[1]

その名前は「隠された」を意味し、1672年に初めて特定され、19世紀後半に詳細な説明がなされました。^[1]前障の神経解剖学的境界は定義されていますが、その正確な境界を定義する際には文献で合意が得られていません。^{[13] [ 15] [16]}ただし、2019年に開催された専門家会議では、種を超えて構造を参照するための枠組みが提唱されました。^[3]

20世紀の初期の報告書の要約では、皮質の入力と出力が強調されていました。^[17]しかし、その後の研究では、前障が皮質および皮質下領域と広範囲につながっていることが示唆されています。^[18]より具体的には、電気生理学的研究では視床核と基底核との広範囲なつながりが示されており、同位体学的報告では前障が前頭前野、前頭、頭頂、側頭、後頭皮質と関連付けられていました。^{[19] [20]追加の研究では、前障とよく説明されている皮質下白質路との関係も調べられています。}放線冠、後頭前頭束、鉤状束などの構造は、前頭、中心周囲、頭頂、後頭領域から前障に投射しています。^[21]運動、体性感覚、聴覚、視覚皮質領域との相互接続も存在する。^[13]全体的に、これらの研究結果は、前障が脳内の領域容積あたり最も高度に接続された構造であり、脳回路の活動を調整するハブとして機能している可能性を示唆している。^{[22] [23]}このように広範囲にわたる接続性があっても、前障への投射と前障からの投射のほとんどは同側性であり（対側投射はまだあるが）、脳幹や脊髄との求心性または遠心性の接続を説明する証拠はほとんど存在しない。^{[13] [17] [24]}要約すると、前障の皮質と皮質下の接続性は、動物の身体的および感情的状態だけでなく、感覚情報の処理に前障が最も関与していることを意味している。

クラウスラムへの入力は、前頭前野、視覚、聴覚、体性運動処理領域を含むモダリティ別に整理されています。脊髄のRexed 板のニューロンの形態が機能を示すのと同様に、クラウスラム内の視覚、聴覚、体性運動領域は、特定の機能特性を持つ同様のニューロンを共有しています。たとえば、視覚情報を処理するクラウスラムの部分 (主に周辺視野に関係する求心性線維を合成) は、大部分が「細長い受容野と方向選択性のない」両眼細胞で構成されています。^{[25] [26]}

末梢感覚系へのこの焦点は孤立した現象ではなく、前頭葉に入る感覚求心性神経のほとんどが末梢感覚情報をもたらす。さらに、前頭葉は各感覚様相ごとに異なる位相的構成を持ち、前頭葉皮質と共有する密な接続性も備えている。^{[27] [28]}たとえば、前頭葉の視覚処理領域内には、視覚連合皮質とV1の網膜部位構成を反映した網膜部位構成があり、これは外側膝状体内の網膜部位保存と類似した（しかしそれほど複雑ではない）方法である。^[13]

クラウスラム内では、局所的な接続はフィードフォワード二シナプス抑制によって支配されており、パルブアルブミンを発現する介在ニューロンが近くの投射ニューロンの活動を抑制します。^[29]局所介在ニューロン自体は化学的シナプスと電気的シナプスの両方を介して接続されており、局所的なクラウスラム回路の広範囲かつ同期した抑制が可能になっています。マウス^[27]とコウモリ^[30]の最近のクラウスラム研究では、皮質に投射する興奮性クラウスラムニューロンが前後軸を横切るシナプスを形成し、投射ターゲットを共有しないニューロンに偏っていることがわかり、異なる求心性モジュールの活動を結合する機能がある可能性があります。^[28]これら2つの回路を組み合わせると、クラウスラムは脳全体からの多様な入力情報を局所的に変換できることが示唆されます。

クラウスラムは、大きさ、形、神経化学的組成が異なる様々な細胞型で構成されている。^[4]クラウスラムの興奮性細胞型は、皮質と皮質下の脳領域に異なる投射を行う2つの主要なクラスで構成されている。^[要出典]抑制性ニューロンはクラウスラム内のニューロンのわずか10%～15%を占め、皮質の抑制性ニューロンと同様に、パルブアルブミン、ソマトスタチン、または血管作動性腸管ペプチドを発現する3つのタイプで構成されている。 ^[31]最後に、多くの研究により、クラウスラムは、パルブアルブミンを発現する抑制性細胞型によって形成されるパルブアルブミン陽性繊維の顕著な叢によって構造的に最もよく区別されることが示されている。^{[5]最近の研究では、}ミエリン塩基性タンパク質（MBP）と逆行性に移動するコレラ毒素の使用が、クラウスラムを識別する効果的な方法としてさらに使用されている。^{[28] [32]}

マウスのクラウスラム細胞の種類を評価するために、電気生理学的、形態学的、遺伝学的、コネクトミクス的アプローチを含むいくつかのアプローチが使用されてきた。^{[27] [28] [33] [34] [35]}興奮性細胞の正確な数についてはまだ明確なコンセンサスが得られていないが、最近の研究では、皮質投射型と皮質下投射型のクラウスラムニューロンはおそらく異なっており、固有の電気生理学的プロファイル、求心性投射、神経調節プロファイルなど、いくつかの指標に沿って変化することが示唆されている。^{[27] [33] [36]}

前障は、意識と持続的注意の要素と関連している多数の皮質構成要素に広範囲に作用することが示されています。これは、前頭頭頂領域、帯状皮質、視床への広範囲な接続によるものです。持続的注意は、帯状皮質、側頭皮質、視床への接続から生じます。

クリックとコッホは、前障はオーケストラの指揮者のような役割を果たし、すべての接続の機能を調整しようとしていると示唆している。^[1]この「指揮者」のアナロジーは、前障、感覚、前頭葉間の接続によっても裏付けられる。前障は、前頭前野、視覚、聴覚、感覚、運動の各領域とそれぞれ相互に接続されていることが確認されている。これらの感覚様式への接続は、前障の機能性に関する洞察を提供する。ここでは、前障が選択的注意のゲーティングにおいて機能することが提案されている。このゲーティング プロセスを通じて、前障はこれらの感覚様式からの入力を選択的に制御し、「集中」のプロセスを促進することができる。また、前障は逆の状況で機能することも示唆されている。つまり、分割的正規化を通じて、前障は特定の入力様式に対する抵抗を実行し、「注意散漫」を防ぐ可能性がある。

意識を促進するために、前障は皮質のさまざまな部分からのさまざまな感覚および運動様式を統合する必要がある。前障の解剖学的接続は、拡散テンソル画像法(DTI) を使用して観察されている。機能的磁気共鳴画像法(fMRI) スキャンは、特定の皮質領域の活動を観察する方法として、脳内の酸素化血液レベルを調べる。fMRI スキャンでは、ラットの麻酔時と覚醒時で活動が弱まることが示されており、具体的には、内側前頭前皮質(mPFC) と内側背側視床(MD 視床) への前障の接続である。前障は、対側半球の前障と強力で機能的な接続で接続されている。MD 視床、mPFC、および周囲および遠位の皮質領域との接続も存在する。^[10]

猫の背側前庭に電気刺激を与えると、視覚皮質内で興奮反応が引き起こされる。前庭は解剖学的には、皮質のさまざまな部分をつなぐ多数の白質路の合流点に位置している。これはさらに、感覚や運動などのさまざまな感覚様式の統合センターとしての役割を示唆している。前庭の無棘（樹状突起の突起がない）介在ニューロン間にはギャップ結合が存在することが示されており、入力を受け取るとこれらの感覚様式を同期させる役割があることを示唆している。^[1]

追加の研究では、空間ナビゲーション^[37]と徐波睡眠[38]への関与が指摘されている。^{[39 ]}

クラウスラムは、タスクに関連する情報とタスクに関連しない情報とを区別して、注意を向ける能力を持っています。クラウスラムは皮質内で最も密集した白質経路を有しています。これは、脳のさまざまな領域間のネットワーク化と調整の概念を裏付けています。^[12]クラウスラムには領域特異性があり、視覚中枢から入ってくる情報は、構造と聴覚皮質の灰白質ニューロンの特定の領域に投影されます。^[1]予期しない刺激もクラウスラムを活性化し、機能の即時の焦点化または割り当てをもたらします。下等哺乳類（ラットなど）では、これらの哺乳類では感覚と識別に使用されているため、クラウスラム領域は、ひげの運動制御の視点など、体性感覚様式からの入力を受け取ります。^[13]

機能的には、注意をこれらのモダリティ間で分離することが提案されている。注意自体はトップダウン処理またはボトムアップ処理であると考えられてきた。どちらも、構造的および機能的に前頭葉で観察されるものと文脈的に適合し、オブジェクトや特徴のエンコードに関与する高次感覚領域で相互作用が発生するという考えを支持する。たとえば、前頭葉からの入力は、高次認知タスク駆動型行動に基づいて注意を定義する。さらに、前頭葉への電気刺激の誘導は、読書の抑制、ぼんやりとした視線、および無反応を引き起こすことが示されている。前頭葉には、指向性注意によって増加または減少するように調整される基本周波数発火があると報告されている。たとえば、運動領域と眼球運動領域への投射は、前頭葉ニューロンの発火頻度を増加させることによって、新しい刺激に注意を向けるための視線移動を支援する。^[13]

サルビア・ディビノラムに含まれる活性幻覚化合物サルビノリンAは、意識喪失を引き起こす可能性があります。サルビノリンAの摂取は共感覚を引き起こし、異なる感覚様式が異なる感覚皮質によって解釈されます。（例：音を見る、色を味わう。）これは、視床内の分離と伝導（注意）の考えを裏付けています。前障には、サルビノリンAが結合するκオピオイド受容体があり、この効果を引き起こします。^{[4] [13]}

猫の前障に対する高周波刺激（HFS）は、自律神経の変化を誘発し、「不活性化症候群」を引き起こす可能性がある。この症候群は意識の低下として説明され、前障と意識の関係を示している。^[40]人間でも同じ効果が観察される。人間の左前障を刺激すると、「自発的な行動が完全に停止し、反応がなくなり、陰性運動症状のない健忘、または単なる失語症」が生じ、意識が関与していることが示唆されている。^[14]さらに、MRI 研究では、前障内の信号強度の増加がてんかん重積状態（てんかん発作が次々に起こり、発作の間に意識が回復しない状態）と関連していることが示されている。^{[41] [42]}また、信号強度の増加は局所性認知障害発作と関連しており、これはけいれんを伴わずに意識または意識の障害を引き起こす発作である。患者は周囲の状況に気づかなくなり、発作は一定時間の間、虚ろな、または空虚な視線として現れます。

オペラント条件付け課題と前障のHFSを組み合わせた結果、ラットの行動に著しい変化が見られました。これには運動反応の変調、不活動、反応性の低下が含まれます。^[14]さらに、研究では、前障が歯状回などの他の構造とともにREM睡眠中に活動していることも示されています。これらは空間記憶において連合的な役割を果たしており、何らかの形の記憶の統合がこれらの領域で行われていることを示唆しています。^[5]

機能的には、前障はその接続を通じてさまざまな皮質入力を意識に統合します。その構造と接続性に基づいて、その機能はさまざまな脳機能の調整に関連していると考えられます。つまり、指揮者のアナロジーです。意識は機能的に、(i) 覚醒、つまり覚醒と注意深さ、(ii) 意識の内容、つまり内容の処理という 2 つの要素に分けられます。

退役軍人の外傷性脳損傷に関する研究は、前障の機能的役割をより深く理解するために実施されました。前障の損傷は意識喪失の持続時間と関連していましたが、その頻度とは関連していませんでした。損傷の大きさは、LOCイベントの持続時間が長いことと相関していました。認知処理を弱めるような影響は示されませんでした。^[4]

ある症例研究では、前障に近接する脳の最外被に刺激が与えられたときに意識が乱れたが、刺激を止めると意識が回復したことが示された。^[14]統合失調症の症状を調べた別の研究では、妄想の重症度が左前障の灰白質容積の減少と関連していることが立証され、この精神障害に見られる構造と陽性症状の間に相関関係があると仮定されている。統合失調症と前障のこの相関関係をさらに裏付けるのは、前障に入る白質容積の増加である。^[43]統合失調症の幻聴の文脈では、灰白質容積と幻覚の重症度の間に逆相関があることが裏付けられている。^[44]また、前障の機能が完全に失われるには、各半球の両方の前障に病変が生じる必要がある。^[1]

しかし、2019年に行われた前障の電気刺激に関する研究では、分析対象となった5人の患者のうち、誰においても意識障害は見られなかった。検査を受けた患者は、様々な感覚領域における主観的体験を報告し、反射的な動きを示したが、意識喪失を示した患者はいなかったため、前障が電気刺激を受けた際に意識を混乱させる能力があるかどうか疑問視されている。^[45]

前障の損傷は、様々な一般的な疾患や精神障害に類似する可能性があり、前障の発達の遅れは自閉症に関連しているようです。前障は統合失調症に関与している可能性があり、左前障と右島の灰白質の容積が減少すると、妄想などの陽性症状が増加するという所見が見られます。^[44]

前障はてんかんにも関与していると考えられており、てんかんと診断された人のMRI検査では前障の信号強度が上昇していることが判明しています。特定のケースでは、カイニン酸誘発性発作の初期段階で前障が関与している場合、発作は前障から発生する傾向があるようです。

ある症例研究では、島皮質と前障の間の領域に電気刺激を与えると意識が乱れ、刺激を止めると意識が回復することが示された。^{[4] [14]}左前障に病変がある患者は、前障の外側に病変がある患者に比べて意識喪失を経験する可能性が高かった。^[4]例えば、前障に電極刺激を受けた患者は、読書をやめ、ぼんやりと見つめ、反応がなかった。電極が取り除かれると、患者は読書を再開したが、ぼんやりしていた出来事を思い出せなかった。^[13]

2019年に行われた前障の電気刺激に関する研究では、分析対象となった5人の患者のうち、意識障害は見られなかった。検査を受けた患者は、さまざまな感覚領域で主観的な体験を報告し、反射的な動きを示したが、意識喪失を示した患者はいなかったため、前障が電気刺激を受けたときに意識を混乱させる能力があるかどうか疑問視された。^[45]

2020年に行われた研究では、光遺伝学的光刺激による前障の人工的な活性化により、大脳皮質全体の脳活動が沈黙した。これは「ダウン状態」として知られる現象で、マウスが眠っているときや起きて休んでいるとき（静かな覚醒）に見られる。^[39]著者らは、「前障は全体的な低速波活動の調整器であり、特定の脳のつながりや行動を意識の究極の謎と結び付けることに近づいていることは非常に興味深い」と述べている。

しかし、認知科学者の ステヴァン・ハルナドは、前障を意識の「スイッチ」ではなく、単に覚醒のスイッチであると考えている。彼は、前障が本当に意識のスイッチであるならば、前障を人工的に活性化しても患者は気絶せず、代わりに患者は通常通り行動を続け、前障が刺激されている間は感覚を経験しなかったと後に報告するだろうと主張している。^[46]

クラウスラムは5HT2A受容体を高密度に発現しており、シロシビンのようなセロトニン作動性幻覚剤の影響を大きく受けます。シロシビンはクラウスラムとデフォルトモードネットワーク（DMN）および前頭頭頂タスク制御ネットワーク（FPTC）との機能的結合に影響を及ぼすようです。シロシビンは右クラウスラムとデフォルトモードネットワークとの機能的結合を著しく低下させ、右クラウスラムと前頭頭頂タスク制御ネットワークとの接続性を高めることが分かりました。^[47]

ベス・イスラエル・ディーコネス医療センターの神経科学者が率いる研究チームは、さまざまな病態におけるパーキンソン症候群の原因として前障の病変を特定した。研究チームは病変ネットワークマッピングと呼ばれる新しい方法論を使用して、パーキンソン病ではなく脳病変（脳画像で確認できる脳の異常または損傷）に起因する症状を持つ29人の患者におけるパーキンソン症候群の原因を発見した。脳のさまざまな領域に位置する29の病変のマッピングにより、前障への接続が病変誘発性パーキンソン症候群の最も感度が高く特異的なマーカーであることが明らかになった。^[48]

マウスでは、前障の抑制は不安やストレスを軽減し、慢性的なストレス耐性を高めるようです。^[49]

動物では、神経路追跡により、前障が海馬とともに感覚および運動領域と皮質全体に広範囲に渡ってつながっていることが判明しました。猫、げっ歯類、サルなど、さまざまな動物モデルが使用されてきました。

猫では、前障の高頻度刺激（HFS）が運動活動を変え、自律神経の変化を誘発し、「意識の低下」と表現される「不活性化症候群」を引き起こす可能性がある。主に猫と霊長類の記録では、前障ニューロンが感覚刺激に反応し、随意運動中にも反応することが示されている。^{[5]視覚皮質から前障へのマッピングには、V1と他の3つの視覚領域を含む単一のマップのみが含まれる。V1の細胞は層6の一部であり、}外側膝状体に行く細胞とは異なり、これらの細胞は神経伝達物質としてグルタミン酸を使用する。

猫の前障には3つの領域が明確に区別されています。(1)運動野と体性感覚野につながる前背部領域、(2)視覚野につながる後背部領域、(3)視覚野の腹側にあり聴覚野につながる第3の領域です。^[1]

感覚入力はモダリティに基づいて分離されており、末梢感覚情報に対する高い選好性がある。猫では、入力はさまざまな視覚皮質領域から受信され、その領域に投影される。これらのループは網膜局所的であり、視覚入力を受け取る領域は、前障に投影される皮質領域と同じ視野領域を担当していることを意味する。視覚前障は、対側視覚半球の単一マップであり、視野の周辺部の動きに基づいて情報を受け取り、実際の選択性はない。^{[50] [51]}

体性感覚に関しては、ネコの前障は一次体性感覚皮質（S1）から濃密な入力を受け取りますが、二次体性感覚皮質（S2）からの入力は弱いです。S1からの入力は一次運動皮質からの入力と重複しています（少なくとも両方の前足表現からの入力は重複しています）。^[52]げっ歯類の前障はS1やS2からの入力を受信せず、主に運動皮質によって駆動されます。

ラットでは、運動ヒゲ領域は同側前障から入力を受け取り、その後対側前障に投射する。^[5]感覚バレル皮質と一次視覚皮質も同側前障から入力を受け取るが、前障に投射する投射はごくわずかである。そのため、研究では前障と異なる皮質領域の接続には明確なパターンがあることが示されている。これは、前障が拡散した役割ではなく、皮質処理において特殊な役割を果たしていることを示唆している。^[5]

マウスでは、パルブアルブミン繊維は化学的および電気的シナプスによって高度に相互接続されています。さらに、それらは閉所皮質ニューロンとも高度に相互接続されており、これらの抑制性介在ニューロンがそれらの活動を強く調節していることを示唆しています。 ^[5]これらのローカルネットワークは、閉所皮質投射の活動を同期させ、脳のリズムとさまざまな皮質脳領域の協調活動に影響を与えることを示唆しています。閉所皮質ニューロン内にローカル接続を持つ抑制性介在ニューロンのクラスがさらに存在します。^[5]

マウスで視覚刺激の変化に対する閉環皮質軸索活動を観察する実験では、閉環が刺激の変化を知らせていることが示唆されている。^[5]視覚皮質領域への閉環皮質入力は関与していたが、最も強い反応が測定されたのは皮質の高次領域で、これには閉環投射によって密に神経支配されている前帯状皮質が含まれていた。^[5]

サルでは、前障と外皮質および新皮質領域との広範な接続がみられる。これらの接続は、前頭葉、視覚皮質領域、側頭葉、頭頂後頭葉、体性感覚野などに投射している。^[1]投射を受ける皮質下領域は、扁桃体、尾状核、海馬である。前障からの入力を受けない皮質領域があるかどうかは不明である。さらに、サルの脳には、大型または小型の無棘ニューロンが報告されており、「局所回路ニューロン」に分類されている。

背側前障は皮質の運動構造と双方向の接続を持っています。^[1]動物の運動と背尾側前障のニューロンの行動の関係は次のとおりです。運動ニューロンの70%は非選択的で、前肢を押す、引っ張る、回すなどのあらゆる運動を行うために発火します。残りのニューロンはより識別力があり、上記の3つの運動のうち1つだけを行います。^[1]

• レンズ核

ウィキメディア・コモンズには、クラウストルムに関連するメディアがあります。

• BrainMaps プロジェクトの「前障」を含む染色された脳スライス画像
• NIF 検索 -神経科学情報フレームワーク経由の Claustrum