大変興味深い論文がNatureより発表されたましたので、紹介したいと思います。
簡単に説明すると。。
脳地図で知ってますか？
こんなやつです。
今回の論文は、この地図ほど、現実は単純じゃないよね、色々と他の重要なネットワークと連携している部分もあるよ、ということを報告しています。
本論文は、運動皮質が連続した体性器質ホムンクルスであるという従来の見方に異議を唱え、運動皮質が全身行動計画のためのシステムである体性認知行動ネットワーク（SCAN）によって区切られていることを示唆しています。エフェクター間領域は、皮質の厚さが減少し、相互に、また作用と生理学的制御に不可欠な帯状眼帯ネットワーク（CON）への機能的に接続していたことが示唆されました。
言葉の説明
体性認知行動ネットワーク（SCAN）とは
体性認知行動ネットワーク（Somatic Cognitive Affective Network、SCAN）は、脳の機能的ネットワークの一つであり、体性、認知、感情の処理に関与しています。このネットワークは、前頭前皮質、帯状皮質、側頭前皮質、中部前頭皮質、背外側前頭前皮質、側頭極などの脳領域から構成されています。
体性認知行動ネットワーク（Somatic Cognitive Affective Network、SCAN）は、脳の機能的ネットワークの一つであり、体性、認知、感情の処理に関与しています。このネットワークは、前頭前皮質、帯状皮質、側頭前皮質、中部前頭皮質、背外側前頭前皮質、側頭極などの脳領域から構成されています。
体性認知行動ネットワークは、感情や身体感覚の情報を認知処理と結び付ける役割を担っており、自己認識や他者理解、社会的認知などの高次機能を支えています。また、このネットワークはストレス反応や自己制御、意思決定などにも関与し、精神的な健康や適応に重要な役割を果たしています。
帯状眼帯ネットワーク（CON）とは
帯状眼帯ネットワーク（Cingulo-Opercular Network、CON）は、脳の機能的ネットワークの一つで、認知制御や注意調節に関与しています。このネットワークは、前帯状回、後帯状回、前頭前皮質、前部島皮質、前頭眼野などの脳領域から構成されています。
帯状眼帯ネットワークは、認知タスクを行う際の注意の維持やタスクへの適応、誤りの検出と訂正、そして意思決定のプロセスに重要な役割を果たしています。また、このネットワークは、働きかけやすさ（salience）の高い刺激に対する注意を引きつける機能も持っており、外部環境や内部状態からの情報を選択的に処理することができます。
近年の神経科学研究によって、帯状眼帯ネットワークの機能が注意欠陥多動性障害（ADHD）、統合失調症、うつ病などの精神疾患と関連していることが明らかになってきています。このネットワークの研究は、これらの疾患の理解や治療法の開発に寄与することが期待されています。
functional MRIとは
機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、脳の活動を非侵襲的に観察するための医療画像診断技術の一つです。この技術は、特殊な磁気共鳴画像装置を使用して、血液中の酸素濃度の変化を測定することで、脳の活動を間接的に観察します。
脳が活動すると、その部位に血液が集まります。この際、酸素濃度も変化するため、fMRIでは脳内の酸素濃度変化を観察することで、脳の活動を推定することができます。fMRIは、精神疾患や神経学的疾患など、多くの疾患の診断や治療に利用されています。
fMRIは、被験者に特定の課題を実行させることで、脳の特定の領域の活動を観察することができます。たとえば、被験者に数学問題を解かせると、数学に関連する領域の活動が観察されます。また、被験者に視覚的な刺激を与えると、視覚情報を処理する領域の活動が観察されます。
fMRIは、脳の活動を非侵襲的に観察することができるため、神経科学や脳神経外科などの分野で広く使用されています。
どうやって実験を行ったか？
この論文で使用されている方法には、ヒトの運動皮質の組織を調べるための精密機能的磁気共鳴画像法（fMRI）が含まれます。この研究では、構造的接続性研究、人間以外の霊長類刺激研究、および一連の運動および行動fMRIタスクも使用して調査結果を検証しました。さらに、この研究では、3大fMRIデータセットのほか、マカクと小児（新生児、乳児、子供）の精密fMRIデータセットのデータを用いて、異種間同体やインターエフェクターシステムの発達前駆体を解析しました。
どういう結果が得られたか？
の論文の結果は、運動皮質を連続した体性ホムンクルスとして捉える従来の見方が不完全であることを示唆している。この研究では、運動皮質には、皮質の厚さが減少し、相互に、また帯状眼帯ネットワーク（CON）との強力な機能的接続を示すインターエフェクター領域が断続的に形成されていることがわかりました。これらのエフェクター間領域は、全身行動計画システムである体性認知行動ネットワーク（SCAN）の一部であることが示唆されています。この研究では、エフェクター特異的（足、手、口）領域とコン結合エフェクター間領域で区切られた同心円状のエフェクターソマトグラフィの存在も確認されました。
エフェクターソマトグラフィとは、
エフェクターソマトグラフィ（effector somatography）は、運動ニューロンの放電パターンを記録し、筋肉やその他のエフェクターの活動を可視化する技術です。この技術は、脳や神経系の活動を理解するために重要な手段として使用されます。
エフェクターソマトグラフィは、運動ニューロンの電気的な活動を記録することによって、筋肉の収縮パターンを観察することができます。この技術は、筋肉のコントラクションパターン、筋電図の特性、運動ニューロンの病理学的異常などを調べるために使用されます。
エフェクターソマトグラフィは、脳や神経系の疾患の診断や治療、運動学習やスポーツ科学などの分野で広く使用されています。また、人工肢体やロボットの開発など、人工的なエフェクターの制御にも応用されています。
この研究のLimitationは？
この論文には、この研究ではfMRI法のみを使用し、直接皮質刺激などの他の技術を使用して運動皮質を調査しなかったという事実など、いくつかの制限があります。さらに、この研究では、エフェクター間領域の機能的意義と帯状手術器ネットワーク（CON）への接続性は調査されませんでした。最後に、この研究では、運動障害との関連におけるインターエフェクター領域の役割は調査されなかった。
この研究の今後は？
この論文は、エフェクター間領域の機能的意義や帯状動脈ネットワーク（CON）への接続性、運動障害との関連における役割の調査など、今後の研究の方向性をいくつか提案しています。この研究はまた、インターエフェクターシステムの発達の軌跡と運動能力の発達との関係を調査することを示唆しています。最後に、この研究は、インターエフェクターシステムと、行動計画と実行に関与する他の脳ネットワークとの関係を調査することを示唆しています。
感想
医学生であれば、誰でもみたことがある脳地図。特に第一次運動野は、運動にのみ特化した領域だと思っていました。新技術の発展に伴い、新たな知見が得られていく。これが科学の歩みの常ではありますが、わかっているようなことを常に疑い、研究テーマに持っていくことは、本当にチャレンジングであり、だけどエキサイティングなことだと思いました。
英文Abstract
A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex
Motor cortex(M1) has been thought to form a continuous somatotopic homunculus extending down to the precentral gyrus from foot to face representations, despite evidence for concentric functional zones and maps of complex actions, Here, using precision functional magnetic resonance images (fMRI) methods, we find that the classic homunculus is interrupted by regions with distinct connectivity structure and function, alternating with effector-specific (foot, hand and mouth) area. These inter-effector regions exhibit decreased cortical thickness and strong functional connectivity to each other, as well as to the cingulo-opercular network (CON), critical for action and physiological control, arousal, errors, and pain.This interdigitation of action control-linked and motor effect regions was verified in the three largest fMRI datasets. Macaque and pediatric (newborn, infant and child) precision fMRI suggested cross-species homologues and developmental precursors of the inter-effectors lacked movement specificity and co-activated during action planning (coordination of hands and feet) and axial body movement (such as of the abdomen or eyebrows). These results, together with previous studies demonstrating stimulation-evoked complex actions and connectivity to internal organs such as the adrenal medulla, suggest that M1 is punctuated by a system for whole-body action planning, the somato-cognitive action network (SCAN) In M1, two parallel system intertwine, forming an integrate-isolate pattern: effector-specific regions (foot, hand and mouth) for isolating fine motor control and the SCAN for integrating goals, physiology and body movement.
2.09305556
原著入手先
