眼窩前頭皮質

眼窩前頭皮質
矢状方向MRIで示されたOFCのおおよその位置
左前頭葉の眼窩面（下から）
詳細
の一部	前頭葉
識別子
ラテン	眼窩前頭皮質
ニューロネーム	91
ニューロレックスID	ビルンレックス
ＦＭＡ	242003
神経解剖学の解剖用語 [Wikidataで編集]

眼窩前頭皮質（OFC）は、脳の前頭葉にある前頭前野領域であり、意思決定の認知プロセスに関与しています。非ヒト霊長類では、連合皮質領域ブロードマン領域11、12、13で構成され、ヒトではブロードマン領域10、11、47で構成されます。[ 1 ^]

OFC は機能的に腹内側前頭前皮質と関連している。^[2]そのため、この領域は明確な神経接続と明確な機能により区別されている。^[3]これは、視床内側背側核からの投射を受け取る前頭前皮質の一部と定義され、意思決定において感情、味覚、嗅覚、報酬を表すと考えられている。^{[4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10] [11]これは、}目が位置する眼窩の真上にあることからその名前が付けられている。ヒトの OFC にはかなりの個人差があることがわかっている。^[12]齧歯類にも関連領域が見られる。^[13]

OFC は、細胞構造によって区別される複数の広い領域に分かれており、ブロードマン領域 47/12、ブロードマン領域 11、ブロードマン領域 14、ブロードマン領域 13、ブロードマン領域 10などがあります。^[14] 4 つの回は、最も頻繁に「H」または「K」パターンに似た溝の複合体によって分割されています。吻尾軸に沿って伸びる 2 つの溝、外側溝と眼窩溝は、通常、内側外側軸に沿って伸びる横眼窩溝によって接続されています。最も内側では、内側眼窩回は嗅溝によって直回から分離されています。 ^[15]前方では、直回と内側眼窩回の内側部分は両方とも領域 11(m) から成り、後方では領域 14 から成る。後眼窩回は主に領域 13 から成り、内側と外側は内側および外側で内側眼窩溝と外側眼窩溝の前肢に接している。領域 11 は、内側眼窩回の外側部分と前眼窩回の両方を含む OFC の大部分を占める。外側眼窩回は主に領域 47/12 から成る。^[14] OFC の大部分は顆粒状であるが、領域 13 と領域 14 の尾部は顆粒状ではない。^[16]これらの尾部領域は、島皮質の一部を含むこともあり、主に未処理の感覚刺激に反応する。^[17]

OFC の接続性は、吻側尾側軸に沿って多少異なります。尾側の OFC は感覚領域とより密接に相互接続しており、特に梨状皮質からの直接入力を受け取ります。尾側の OFC は扁桃体と最も密接に相互接続しています。^[18]吻側では、OFC は直接感覚投射をより少なく受け取り、扁桃体との接続も少ないですが、外側前頭前皮質および海馬傍回と相互接続しています。^[17] OFC の接続性は、2 つのネットワークで構成されると概念化されています。1 つは、OFC の中心部の大部分 (領域の 47/12、13、および 11 の大部分を含む) で構成される眼窩ネットワーク、もう 1 つは OFC の最も内側および尾外側領域と内側前頭前皮質の領域24、25、および32で構成される内側ネットワークです。 ^[19]内側ネットワークと眼窩ネットワークは、それぞれ「内臓運動ネットワーク」と「感覚ネットワーク」と呼ばれることもあります。^[20]

OFCは複数の感覚様相からの投射を受け取ります。一次嗅覚皮質、味覚皮質、二次体性感覚皮質、上側頭回と下側頭回（視覚情報を伝達）はすべてOFCに投射されます。^{[16] [21] [22]}聴覚入力の証拠は弱いですが、一部のニューロンは聴覚刺激に反応し、間接的な投射が存在する可能性があることを示唆しています。^{[19] OFCは}内側背核、島皮質、嗅内皮質、嗅周囲皮質、視床下部、扁桃体からの入力も受け取ります。^{[21] [23]}

眼窩前頭皮質は、嗅周囲皮質および嗅内皮質、^[23]扁桃体、視床下部、および内側側頭葉の一部と相互に接続されています。これらの出力に加えて、眼窩前頭皮質は、側坐核、尾状核、および腹側被殻を含む線条体、ならびに中脳水道周囲灰白質、および腹側被蓋野を含む中脳の領域にも投射しています。^{[21] [24] OFC は、}基底外側扁桃体と扁桃体の間隙細胞への 2 つの強力な経路と、扁桃体の中心核への弱い直接投射を含む、複数のターゲットで扁桃体シナプスに入力します。^[18]

OFCには、文脈依存的な反応の仲介、^[25]、柔軟な方法での随伴性の符号化、価値の符号化、推論された価値の符号化、反応の抑制、随伴性の変化の学習、感情的な評価、^[26]、体性マーカーによる行動の変更、社会的行動の促進、状態空間の表現など、複数の機能があるとされています。^{[27] [28]} これらの理論のほとんどは、電気生理学的観察や病変に関連した行動の変化の特定の側面を説明していますが、多くの場合、説明に失敗したり、他の研究結果と矛盾したりします。

OFC の機能の多様性を説明する 1 つの提案は、OFC が状態空間、つまり状況とその偶発性に関連する内部特性と外部特性の個別の構成をエンコードするというものです。^[29]たとえば、OFC が経済的価値をエンコードするという提案は、OFC がタスク状態の価値をエンコードしていることを反映している可能性があります。^[25]タスク状態の表現は、OFC が偶発性の柔軟なマップとして機能するという提案も説明できます。タスク状態の切り替えにより、1 つの状態に新しい偶発性をエンコードし、別の状態に古い偶発性を保持できるため、古いタスク状態が再び重要になったときに偶発性を切り替えることができます。^[28]タスク状態の表現は、OFC が多様なタスク機能に反応し、偶発性がシフトする際に迅速に再マッピングできることを実証する電気生理学的証拠によって裏付けられています。^[28]タスク状態の表現は、複数の潜在的なメカニズムを通じて行動に影響を与える可能性があります。例えば、OFCは腹側被蓋野（VTA）ニューロンがドーパミン報酬予測誤差を生成するために必要であり、OFCはVTAにおけるRPEの計算に対する期待をエンコードする可能性がある。^[25]

OFCのサブ領域には特定の機能があると考えられている。外側OFCは潜在的な選択価値を反映し、架空の（反事実的な）予測誤差が反転、消去、価値低下の際の切り替え選択を媒介する可能性を持つと考えられている。^[30] lOFCの光遺伝学的活性化は習慣的行動よりも目標指向性を高め、潜在的な選択に対する感度の増加、ひいては切り替えの増加を反映している可能性がある。一方、mOFCは相対的な主観的価値を反映すると提案されている。^[26]げっ歯類では、同様の機能がmOFCに帰属しており、段階的に行動価値をエンコードするのに対し、lOFCは結果の特定の感覚的特徴をエンコードすると提案されている。^[31] lOFCは刺激結果の関連をエンコードするとも提案されており、これはmOFCで価値によって比較される。^[32]ヒトの神経画像研究のメタ分析では、内側外側の価数勾配が存在し、内側OFCは報酬に最も頻繁に反応し、外側OFCは罰に最も頻繁に反応することが明らかになりました。また、後部-前部の抽象度勾配も発見され、後部OFCはより単純な報酬に反応し、前部OFCはより抽象的な報酬に反応しました。^[33]同様の結果が、一次報酬と二次報酬に関する研究のメタ分析でも報告されました。^[34]

OFC と基底外側部扁桃体(BLA) は高度に相互接続されており、その接続は価値を下げるタスクに不可欠です。価値を下げる前に BLA または OFC のいずれかが損傷すると、パフォーマンスが低下しますが、価値を下げる後は OFC のみが損傷します。^[35] BLA は、価値に応じて段階的に顕著な結果を予測する手がかりにのみ反応しますが、OFC は価値と手がかりと結果の関連の特定の感覚属性の両方に反応します。学習の初期段階で結果の受け取りに反応する OFC ニューロンは、通常、結果を予測する手がかりの開始に反応を転送しますが、BLA が損傷すると、この形式の学習が損なわれます。^[36]

後眼窩前頭皮質（pOFC）は複数の経路を介して扁桃体に接続されており、自律神経系の活動をアップレギュレーションおよびダウンレギュレーションすることができます。^[37]暫定的な証拠は、神経調節物質ドーパミンが抑制経路と興奮経路のバランスを仲介する役割を果たし、ドーパミンが高い状態になると自律神経活動が促進されることを示唆しています。^[38]

内側OFCは刺激と報酬の関連づけや行動の強化に関与し、外側OFCは刺激と結果の関連づけや行動の評価、場合によっては行動の逆転に関与していると示唆されている。^[39]外側OFCの活動は、例えば被験者が罰や社会的報復についての新たな期待を符号化するときに見られる。^{[40] [41]}

中前部OFCは、神経画像研究において一貫して主観的快楽を追跡することがわかっています。前部OFCには快楽のホットスポットが発見されており、これはショ糖に対する好みの反応を高めることができます。また、OFCは、側坐核におけるα-アミノ-3-ヒドロキシ-5-メチル-4-イソキサゾールプロピオン酸（AMPA）拮抗作用によって引き起こされる感情反応を、食欲反応に偏らせることができます。^[42]

OFCは、扁桃体の介在ニューロンへの投射を介して、視床下部腹内側部へのグルタミン酸投射を阻害し、攻撃行動を調節することができる。 [ ^43]

OFC のニューロンは、主要な強化因子だけでなく、複数の感覚領域にわたる報酬を予測する手がかりにも反応します。視覚、味覚、体性感覚、嗅覚刺激に対する反応の証拠は強力ですが、聴覚反応の証拠は弱いです。OFC ニューロンのサブセットでは、報酬または報酬手がかりに対する神経反応は、個人の好みや空腹などの内部動機状態によって調整されます。報酬を予測する感覚手がかりに反応するニューロンの一部は報酬に対して選択的であり、手がかり結果の関係が入れ替わると反転行動を示します。OFC ニューロンは、期待される報酬の欠如や罰に対する反応も示します。別のニューロン群は、新しい刺激に反応し、1 日までは馴染みのある刺激を「記憶」することができます。^[44]

手がかり報酬または手がかり道具報酬課題中、OFCのニューロンは3つの一般的な発火パターンを示します。手がかりに反応して発火、報酬を受け取る前に発火、報酬を受け取った後に発火します。内側前頭前皮質および線条体とは対照的に、OFCニューロンは動きを介した発火を示さない。ただし、報酬予測応答は注意によって形作られます。2つの選択肢間で注意を移すと、同じOFC集団は現在注目している項目の価値を正に表し、注目していない項目の価値を負に表します。^[45]報酬の大きさの符号化も柔軟で、現在の報酬の相対的な価値を考慮に入れます。^[46]

ヒトのOFCは、ヒトの脳の中で最も理解が進んでいない領域の一つです。OFCは、感覚統合、強化子の感情的価値の表出、意思決定と期待に関与していると考えられています。^[1]特に、OFCは、状況の特定の詳細を与えられた行動の予想される報酬/罰を信号で伝える上で重要な役割を果たしているようです。^[47]これを行う際に、脳は予想される報酬/罰と実際の報酬/罰の付与を比較することができ、そのためOFCは適応学習にとって非常に重要です。これは、ヒト、非ヒト霊長類、げっ歯類の研究によって裏付けられています。

眼窩前頭皮質は境界性人格障害[ ^48] 、統合失調症、大うつ病、双極性障害、強迫性障害、依存症、心的外傷後ストレス障害、自閉症^[49]、パニック障害に関与していることが示唆されている。神経画像研究は多種多様な精神疾患における機能不全の証拠を提供しているが、行動における眼窩前頭皮質の役割の謎めいた性質は、精神疾患の病態生理における眼窩前頭皮質の役割の理解を複雑にしている。^[50]眼窩前頭皮質の機能は不明であるが、腹側線条体、扁桃体、視床下部、海馬、中脳水道周囲灰白質との解剖学的なつながりは、報酬および恐怖関連行動の媒介における役割を支持している。^[51]

OCD の神経画像研究のメタ分析では、尾状核、視床、眼窩前頭皮質など、皮質-基底核-視床-皮質ループの眼窩前頭葉セグメントの一部であると一般に考えられている領域の活動亢進が報告されています。OCD は、OFC と皮質下構造の相互興奮による正のフィードバック ループを反映していると考えられています。^[52] OFC は通常、症状誘発タスク中に過剰に活動しますが、認知タスクでは通常 OFC の活動低下が引き起こされます。^[53]これは、感情的タスクと非感情的タスク、外側 OFC と内側 OFC の違いを反映している可能性があり、^[54]または単に方法論が一貫していないだけかもしれません。^[55]

薬物探索行動に関連した動物モデルと細胞特異的操作は、依存症におけるOFCの機能不全を示唆している。^[56] 物質使用障害は、柔軟な目標指向行動と意思決定に関連するさまざまな障害と関連している。これらの障害はOFC病変に関連する症状と重複しており、また、眼窩前頭灰白質の減少、安静時の代謝低下、意思決定や目標指向行動を伴うタスク中のOFC活動の鈍化とも関連している。安静時および意思決定関連の活動とは対照的に、薬物に関連する手がかりは渇望と相関する強力なOFC活動を引き起こす。^[57] げっ歯類の研究では、lOFCからBLAへの投射が手がかり誘発性の自己投与の回復に必要であることも実証されている。これらの発見はすべて、特定の刺激に関連する結果をエンコードする際にOFCが果たす役割と一致している。^{[58] [59] [60]}強迫的な薬物乱用への進行は、将来の結果の内部モデルが意思決定を導くモデルベースの意思決定から、意思決定が強化履歴に基づくモデルフリー学習への移行を反映している可能性がある。モデルベースの学習はOFCに関係し、柔軟で目標指向的であるのに対し、モデルフリー学習はより硬直的である。薬物乱用によって引き起こされるようなOFCの機能不全によるモデルフリー行動への移行は、薬物を求める習慣の根底にある可能性がある。^[61]

行為障害は、構造的異常と感情課題中の機能的異常の両方と関連している。^[62] OFCの構造、活動、機能的結合の異常はすべて、攻撃性との関連で観察されている。^[63]

神経画像研究により、MDDおよび双極性障害におけるOFCの異常が明らかになっている。神経画像研究で発見された内側/報酬および外側/罰の勾配と一致して、一部の神経画像研究では、うつ病において外側OFCの活動が上昇し、内側OFCの相互接続性が低下し、外側OFCの相互接続性が強化されていることが観察されている。^[64]外側OFCの活動低下は、特に躁病エピソード中に双極性障害で頻繁に観察されている。^[64]

機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を使用してヒトの眼窩前頭葉を画像化することは、この脳領域が空気で満たされた洞に近接しているため、困難である。これは、信号処理でアーティファクトエラーが発生する可能性があることを意味し、たとえば、高磁場強度でエコープラナー画像法（EPI）を使用するときによく見られる幾何学的歪みを引き起こす。したがって、眼窩前頭皮質から良好な信号を得るには特別な注意が推奨され、高静磁場強度での自動シミングなど、いくつかの戦略が考案されている。^[65]

げっ歯類では、OFCは完全に無顆粒または異顆粒です。^[16] OFCは、腹外側部（VLO）、外側部（LO）、内側部（MO）、背外側部（DLO）の領域に分かれています。^[19]光遺伝学などの回路を操作するための非常に特殊な技術を使用することで、OFCはOCDのような行動に関与していることが示唆されています。 ^[66]また、意思決定タスクで潜在変数を使用する能力にも関与しています。 ^[67]

後天性脳損傷による外耳道の破壊は、典型的には抑制されない行動パターンにつながる。例としては、過度の悪態、性欲過剰、社会的交流の不足、ギャンブル依存症、薬物使用（アルコールやタバコを含む）、共感能力の低下などが挙げられる。前頭側頭型認知症のある種の患者に見られる抑制されない行動は、外耳道の変性によって引き起こされると考えられている。^[68]

OFC の接続が途絶えると、認知的、行動的、感情的なさまざまな影響が生じる可能性があります。研究によると、OFC の接続性/回路の調節不全に関連する主な障害は、意思決定、感情の調整、衝動性のコントロール、報酬の期待を中心にしています。^{[69] [70] [71] [72]}最近のマルチモーダルな人間の神経イメージング研究では、OFC と皮質下辺縁系構造 (扁桃体や海馬など) や他の前頭領域 (背側前頭前野や前帯状皮質など) との構造的および機能的接続の途絶が、臨床的に不安のある成人の OFC の感情 (恐怖など) 処理の異常と相関していることが示されています。^[73]

意思決定の問題の明らかな延長として薬物中毒/物質依存が挙げられますが、これは線条体-視床-眼窩前頭葉回路の障害から生じる可能性があります。^{[72] [70] [74]} 注意欠陥多動性障害（ADHD）も、OFCシステムを含む動機、報酬、衝動性を制御する神経報酬回路の機能不全に関与していることが示唆されています。^{[71]実行機能と}衝動制御の他の障害は、強迫性障害や抜毛症など、OFC回路の調節不全の影響を受ける可能性があります。^{[75] [76] [77]}

一部の認知症もOFCの接続障害と関連している。前頭側頭型認知症の行動変異^[78]は、 OFCの接続に関与する白質および灰白質投射線維の神経萎縮パターンと関連している。^{[79]最後に、いくつかの研究では、}アルツハイマー病の後期段階はOFCシステムの接続の変化によって影響を受けると示唆している。^[77]

眼窩前頭てんかんは稀ではあるが、発生することがある。眼窩前頭てんかんの症状は多様であるが、共通の特徴として睡眠関連症状、自動症、過運動症状などがある。あるレビューでは、前兆は一般的に一般的ではなく非特異的であると報告されているが、別のレビューでは、眼窩前頭てんかんは体性感覚現象と恐怖を伴う前兆と関連していると報告されている。^{[80] [81] [82]}

視覚弁別テストには 2 つの要素があります。最初の要素である「反転学習」では、参加者に 2 つの画像 A と B のいずれかが提示されます。参加者は、画像 A が表示されたときにボタンを押すと報酬が与えられ、画像 B が表示されたときにボタンを押すと罰せられることを学びます。このルールが確立されると、ルールが入れ替わります。つまり、画像 A ではなく画像 B のボタンを押すのが正しいことになります。ほとんどの健康な参加者は、このルールの反転をほぼすぐに理解しますが、OFC 損傷のある患者は、元の強化パターンに反応し続けます。ただし、そのパターンを貫いたために罰せられることになります。Rolls ら^[83]は、患者がルールを理解したと報告していることを考えると、この行動パターンは特に異常であると指摘しました。

テストの 2 番目の要素は「消去」です。参加者は再び、絵 A のボタンを押すことを学びますが、絵 B のボタンを押さないことを学びます。ただし、今回はルールが逆転するのではなく、ルールがまったく変わります。今度は、参加者はどちらの絵に対してもボタンを押した場合に罰せられます。正しい反応はボタンをまったく押さないことですが、OFC 機能障害を持つ人は、罰せられてもボタンを押したいという誘惑に抵抗することが困難です。

現実の意思決定をシミュレートするアイオワギャンブル課題は、認知と感情の研究で広く使用されています。^[84]参加者は、コンピューター画面に4組の仮想カードを提示されます。参加者は、カードを選択するたびに、ゲームのお金がいくらか獲得できると伝えられます。ゲームの目的は、できるだけ多くのお金を獲得することであると伝えられます。ただし、時々、カードを選択すると、いくらかのお金を失うことになります。この課題は不透明に設計されており、つまり、参加者はルールを意識的に理解する必要はなく、「直感」に基づいてカードを選択することになっています。2組のカードは「悪いカード」で、十分な時間をかけて見れば、純損失が発生します。他の2組は「良いカード」で、時間の経過とともに純利益が発生します。

健康な被験者のほとんどは、各デッキからカードのサンプルを取り、約 40 ～ 50 回の選択を行った後、良いデッキに固執することがかなり上手になります。しかし、OFC 機能障害の患者は、全体としてお金を失っていることを知りながらも、悪いデッキに固執し続けることがあります。同時測定された皮膚電気反応によると、健康な被験者は、デッキが悪いことを意識的に感じるずっと前に、わずか 10 回の試行で悪いデッキの上をホバリングすることに対して「ストレス」反応を示します。対照的に、OFC 機能障害の患者は、差し迫った罰に対してこの生理学的反応を決して示しません。Bechara 氏と彼の同僚は、これを体性マーカー仮説の観点から説明しています。アイオワギャンブル課題は現在、 fMRI を使用して、健康なボランティアだけでなく、統合失調症や強迫性障害などの症状を持つ臨床グループで、どの脳領域が課題によって活性化されるかを調べる多くの研究グループによって使用されています。

失言テストは、社交の場で誰かが言うべきではないことを言ったり、気まずい出来事が起きたりした場面を語る一連の短編物語です。参加者の課題は、何が気まずいと言われたのか、なぜ気まずかったのか、人々がその失言や事実に関するコントロール質問に対してどのように反応したかを特定することです。このテストはもともと自閉症スペクトラムの人を対象に設計されたものですが、^[85] OFC機能障害の患者にも影響を及ぼします。OFC機能障害の患者は、話を完璧に理解しているように見えても、社会的に気まずいことが起こったと判断することができません。

• ウィッツェルズクト
• 報酬システム
• 腹内側前頭前皮質

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  眼窩回は赤で表示
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  大脳皮質の内側表面 - 大脳回
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  大脳の基底表面。眼窩回は赤で示されています。
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  外側眼窩前頭皮質
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  内側眼窩前頭皮質、内側スライス図
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  平均的な人間の脳の眼窩前頭皮質の 3D 視覚化
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  冠状T1 MRI画像で眼窩前頭皮質が緑色で強調表示される
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  矢状面T1 MRI画像で眼窩前頭皮質が緑色で強調表示されている
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  横断T1 MRI画像で眼窩前頭皮質が緑色で強調表示されている

ウィキメディア・コモンズには、眼窩前頭皮質に関連するメディアがあります。

• 大脳皮質特集号「眼窩前頭皮質」
• カミーユ他 (2004) 後悔の経験における眼窩前頭皮質の関与