統合失調症における機能的MRI法と所見

機能的MRI画像診断法によって、研究者は神経認知検査と構造的神経解剖学的測定を組み合わせ、認知的および情動的なパラダイムを考慮し、コンピュータ支援診断技術およびアルゴリズムを作成することができました。^{[1] [2]}機能的MRIには、非侵襲性、比較的高い空間分解能、適切な時間分解能など、いくつかの利点があります。これは、スキャナーハードウェアの重要な開発によるもので、技術者はより短時間で高解像度の画像を取得できるようになりました。さらに、動きの補正と調和が改善され、統合失調症研究における知見の一般化と再現性が向上しました。^{[3]最近の研究では、fMRIを使用して、}サリエンスネットワークやデフォルトモードネットワークなどの特定の脳ネットワークを調査し、統合失調症関連症状におけるそれらの役割を理解しています。これらのネットワークの変化は、自己言及的な思考や外部刺激への反応に影響を及ぼし、幻覚やまとまりのない思考などの症状の一因となる可能性があります。^[4]最近の研究で使用されている特定の方法の1つは、安静時機能的磁気共鳴画像法（rs-fMRI）です。

研究者らは、バイナリリスク脆弱性モデルの「再定式化」において、いくつかのリスク要因（一部は他のリスク要因よりも高い確率を与える）を利用して、統合失調症の遺伝的素因を持つリスクのある個人を特定する多重ヒット仮説を提唱している。^[5]統合失調症の早期診断のための臨床基準を定義するプロセスは、科学者にとって大きな課題となっている。^[6]

DSM-5 によれば、統合失調症と診断されるのは、1 か月の間に妄想、幻覚、支離滅裂な発話、ひどく支離滅裂なまたは緊張病的な行動、または陰性症状のうち 2 つ以上の症状がみられる場合です。さらに、妄想、幻覚、支離滅裂な発話の 3 つの特徴のうち少なくとも 1 つがみられる必要があります。^[7]統合失調症に関する研究が急増し、「運動課題、作業記憶の注意、語の流暢さ、感情処理、意思決定」における異常な活動などのトピックが取り上げられています。^[8]研究者は、早期診断に役立つ可能性のある fMRI スキャンによるバイオマーカーの特定にも焦点を当てています。たとえば、前帯状皮質と背外側前頭前野の異常は、統合失調症のリスクの潜在的な指標と考えられています。^[9]統合失調症の陽性症状を中心とした研究が数多く行われているのとは対照的に、統合失調症のfMRI研究では主に神経系の「障害」とその結果生じる認知障害を分析しており、機能的結合性の変化がその一例として挙げられます。^{[3] [8]} fMRIスキャンで発見できるもう1つのバイオマーカーは、皮質-線条体-視床-皮質ネットワークの機能における接続不全です。この特徴は精神病の初期兆候と関連しているため、統合失調症の診断を予測するマーカーとして機能します。^[3]あるタスクが統合失調症患者と対照群で同一の領域を活性化することを確認するために、通常、与えられたタスクは簡単なものから開始し、患者と健康な比較対象者の両方がほぼ100%の精度で実行できるようにします。その後、タスクの難易度を上げて、個人の能力が異なる2つのグループ間の活性化を区別します。^[8]参加者の人種、年齢、性別、職業などを一致させたマッチドコントロール参加者を使用することで交絡変数を排除します。さらに、参加者グループのデータセットを増やすことで、機械アルゴリズムが臨床およびスキャンの設定全体で一般化可能性を向上させるのに役立ちます。

統合失調症の「基本症状」アプローチは、「前駆期の回顧的記述」から生まれ、高次の情報処理に影響を及ぼす可能性のある認知および感覚知覚の変化を評価する fMRI 研究の大部分の枠組みとなっている。 ^{[10] [11]}「基本」という言葉は、精神病の自己経験症状の最も初期の段階を表す。これらの症状は、全体として、精神病に関連する神経生物学的圧力の発現を明らかにする。これは統合失調症の発症の指標として機能し、早期治療において研究者に警告を発する可能性を秘めている。^[12]さらに、研究者は、作業記憶、注意、実行処理などの高次のプロセスに統合失調症を帰属させる傾向に反対し、代わりに基本的な感覚および知覚機能の障害を検査することを選択する。^[11]基本的な感覚機能の障害は、聴覚による感情認識、知覚の閉鎖、物体認識などの高次プロセスに影響を及ぼします。^[11]新しい研究では、基本的な視覚および聴覚処理の障害が統合失調症における社会的知覚の障害に寄与し、個人がボディランゲージや顔の表情を正確に解釈することを困難にする可能性も示唆されています。^{[13]たとえば、}視覚系では、大細胞系の機能の基本的な欠陥が、知覚の閉鎖、物体認識、読書などの高次プロセスの障害をもたらします。^[11]一方、fMRIデータは反対のことも示唆しています。ある研究では、研究者らは、健康な患者と統合失調症患者の間で、左背側頭頂皮質と左腹外側前頭前野の活動に有意な違いがあることを発見しました。これらの領域は前頭頭頂実行システムの重要な構成要素であるため、統合失調症患者のワーキングメモリ課題中のこれらの領域の低活動は実行機能の障害と関連していると考えられている。^[14]

「切断仮説」は、統合失調症の根底にあるメカニズムの失敗、特に情報を適切に統合できないことを説明する重要な理論です。^[15]切断仮説は、脳の前頭葉と側頭葉の間のコミュニケーションの混乱が、幻聴や記憶障害などの症状の根底にある可能性があることを示唆しています。これらの領域は、感覚入力と記憶を統合するために重要です。^[16] fMRI が評価する機能的結合は、脳領域間の活動調整です。これは、「解剖学的に異なる脳領域間の BOLD 信号の低周波振動の時間的相関」として測定され、安静時のネットワークを明らかにすることができます。^[17] fMRI 測定における相関の原因は、「相互接続されたニューロンの相関発火率」であると理論化されています。^[18] 安静時機能的磁気共鳴画像(rs-fMRI) は、デフォルト モード ネットワーク (DMN) などの脳全体のネットワークの機能的結合を調べるための強力なツールになっています。^[19]安静時fMRIを通じて、科学者は統合失調症がデフォルトモード、中央実行部、および顕著性ネットワークにおける接続パターンの変化と関連していることを観察した。これらのネットワークの接続不全は、注意、感情調節、および自己参照的思考プロセスに影響を及ぼす可能性がある。^[20]安静時fMRIには利点があるが、その限界に注意することが重要である。fMRIスキャンは、患者が特定のタスクに参加したときの血中酸素レベル依存反応（BOLD）を測定する。したがって、脳領域が活性化されると、より多くの酸素が取り込まれ、さまざまな神経伝達物質システムの活動が測定され、区別される。これを達成できないと、影響を受ける領域があいまいになり、研究者は治療のために一般的な領域しか見ることができない。^[3]

異常な脳の接続性は、長い間、統合失調症における精神病の根本的な原因であると理論化されてきた。^{[21] rs-fMRIは、安静時の局所的な相互作用を評価し、統合失調症などの}精神疾患における接続の変化、低下、または過活動があるかどうかを確認するのに役立ちます。安静時のfMRI実験中、参加者はリラックスして起きているが何も考えないように指示されます。安静時のネットワークは、目を開いた状態と目を閉じた状態とで変化する可能性があることに注意することが重要です。^[22]次に、研究者は自発的な脳の活性化を測定します。^[17] 安静時の脳ネットワークを研究することにはいくつかの利点がありますが、主な理由は、タスクベースの神経活動とは対照的に、自発的な神経活動が脳の活動の大部分を占めることです。^[22]さらに、rs-fMRIは、タスクにおける健康な被験者と患者の間の異なるパフォーマンスなどの交絡効果を排除します。rs-fMRIでは、タスクベースのfMRI研究よりも動きが少なくて済みます。^[22]機能的接続性を解析するシードベースの解析/ROIアプローチは、統合失調症のrs-fMRIでは一般的である。最初にシード（関心領域）が選択され、次にシードと他のすべてのボクセルからBOLD時系列が抽出される。前処理の後、シードと他の脳ボクセルの時間的相関が決定され、ソフトウェアが機能的接続性マップを作成する。^[17] rs-fMRIのシードベースの比較では、シードに異なるROIを使用した多数の研究で統合失調症患者の機能的切断が明らかになった。一般的に、統合失調症患者は接続性が低下している。^[17]安静時fMRI（rs-fMRI）を使用した最近の研究では、統合失調症のデフォルトモード、前頭側頭葉、小脳ネットワークを含む複数の脳ネットワークにわたる機能的接続性の重大な破壊が確認されている。これらの発見は、脳領域間の協調障害が統合失調症の認知・行動症状に寄与しているという連結不全仮説をさらに裏付けるものである。^{[23] [24]}この情報は、例えば統合失調症患者の悲しみの気分誘導時に扁桃体の活性化が低下することを示唆する実験結果と一致している。^[25]