統合失調症などの成人発症を含む多くの精神障害は、神経発達の異常に起因するものとしてますます概念化されています。 病気の神経発達仮説を探求するために、典型的な成熟に関する十分に特徴づけられたデータを持ち、そこから起こりうる逸脱を評価するための「尺度」として役立つことが有用です。 典型的な発達の研究、およびその発達への影響は、脳の成熟のタイミングとメカニズムを明らかにし、新しい介入の方法を導きます。
この概要では、脳の解剖学的構造の磁気共鳴画像法（MRI）の研究に関連する方法論的な問題に触れ、小児期および青年期の神経解剖学的変化のMRI所見を要約し、脳発達軌道への影響の可能性について議論します。
このシリーズの以前の記事で示したように、従来の解剖学的MRIで脳の形態計測特性を測定する最初のステップの1つは、個々のボクセル（異なるMRI信号の最小要素-通常は約1 mL）を分類（または「セグメント」）することですCSF、白質（WM）、または灰白質（GM）に対応。 組織の種類ごとに分類されると、さまざまな分割を実行して、葉のレベル（前頭、側頭、頭頂、後頭部など）でボリュームを導き出すことができます。 脳回、溝、またはGM、WM、CSFの境界で定義された領域（尾状核など）。 または個々のボクセル。
MRIのセグメンテーションと分割は、もともと手作業で特定の関心領域（ROIと略されることが多い）の概要を説明した訓練を受けた個人が独占的に行っていました。 高度な訓練を受けた個人が脳の領域を手動で識別することは、利用可能な「ゴールドスタンダード」に最も近いものと考えられますが、評価者の訓練とこのタイプの分析の実行に必要な時間と解剖学的専門知識は法外なものになる可能性があります。 これにより、多くの研究所が、MRI画像の領域を異なる組織タイプおよび解剖学的領域に属するものとして自動的に分類できるコンピューターアルゴリズムを開発するようになりました。 この分野の急速な進歩により、典型的および非定型の脳の発達に関連する多くの変化を捉えるために必要な大規模な研究を行うことが可能になりました。 また、自動化された方法は、皮質シートの形状や厚さの分析など、脳の構造を見る革新的な方法への扉を開きました。
ただし、自動化された方法の忠実度は、構造間の境界の明瞭さに依存します。これは、特定の構造の解剖学的構造とMRI画像の品質の組み合わせによって決まります。 たとえば、扁桃体と海馬は、隣接するGM構造を表すため、自動化された方法では適切に分離することが困難です。 これらのような場合、手の測定は依然として最良のアプローチかもしれませんが、人間の評価者でさえ、従来のMRIでそのような構造の境界を一貫して特定するにはかなりの経験が必要な場合があります。
この概要のデータは、主に国立精神衛生研究所の児童精神医学部門で進行中の縦断的研究に参加している387の典型的な開発対象（829スキャン）から得られます。 メリーランド州マーカス・クルーシおよびメリーランド州ジュディス・ラポポートによって1989で開始されたこの研究デザインは、脳イメージング、心理的および行動的評価のために、およそ3年の間隔で国立衛生研究所に来る30から2歳の参加者向けであり、 DNAのコレクション。 この単一のソースに重点を置いているのは、他の研究者の多くの優れた貢献を過小評価することではなく、均一なスクリーニング/評価バッテリー、同じスキャナー、および画像分析の同じ方法。 この分野の完全なレビューはこの記事の範囲外ですが、他の研究室による研究への参照を補足しました。
脳、脳、脳室の総容積
小児精神医学部門のコホートでは、女性の被験者では10.5年、男性の被験者では14.5年に脳の総体積が平均してピークに達します。1 6歳までに、脳はこのピークの約95％になります（図1）。 小脳の容積は、脳の容積よりも約2年後にピークに達します。2 側脳室容積は個人間で最も差があります3 そして、健康な子供と青年期の発達を通して増加します。 患者集団で広く報告されている心室肥大を解釈する際には、これらの典型的な増加を考慮する必要があります。
Sowellと同僚4 45歳と2歳の間に2回（5年離れて）スキャンされた11の子供のグループの脳容積の測定された変化。 脳の表面上の点と脳の中心との間の距離を測定する別の方法を使用して、彼らは、この年齢範囲、特に前頭部と後頭部での脳のサイズの増加も発見しました。
キャビネス他、5 15歳から15歳までの7少年と11少女の断面サンプルでは、この年齢範囲では男性被験者ではなく女性被験者で小脳が成人の体積にあることがわかり、後期発達と性的二型の存在が示唆されました。
ホワイトマター
WMの白色は、ミエリンによって生成されます。ミエリンは、軸索を包み込み、神経信号の速度を大幅に増加させるオリゴデンドロサイトによって形成される脂肪質の白い鞘です。 WMの量は一般に、小児期および青年期を通じて増加しますが、1 これは、より大きな接続性と異なる神経回路の統合の根底にある可能性があります。 最近認識された重要な特徴は、ミエリンが伝達速度を最大化するだけでなく、脳内に機能的ネットワークを作成する神経発火パターンのタイミングと同期を調整することです。6 これと一致して、WM密度の尺度を使用して地域のWM成長をマッピングする研究では、小児期と青年期の間に急速な局所的増加が見られました。 皮質脊髄路は、両側で大きさが類似した増加を示したが、前頭葉と側頭葉をつなぐ路は、左側の言語関連領域の増加を示した。7
灰白質
WMは小児期および青年期に増加しますが、GMボリュームの軌道は逆U字型の発達軌道に従います。 WMとGMの異なる発達曲線は、ニューロン、グリア細胞、およびミエリンの間の密接な関係を信じています。これらは神経回路の仲間のコンポーネントであり、生涯の相互関係によってリンクされています。 およそ4年間隔で20回スキャンされた13被験者のスキャンから得られた4年齢から2歳までのボクセルレベルでの皮質GMの変化を以下に示します。 図2 （アニメーションは http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg).8 ピークGM密度の年齢は、一次感覚運動領域で最も早く、背外側前頭前皮質、下頭頂部、および上側頭回などの高次連合領域で最新です。 未解決の問題は、皮質GMの減少が、GM / WM境界に沿ったシナプスの剪定と髄鞘形成によってどの程度促進されるかです。9 皮質下のGM構造である尾状核の体積も、逆U字型の発達軌道をたどり、前頭葉と同様のピークを持ち、それらが広範なつながりを共有します。1
脳解剖学の発達軌道への影響
遺伝子と環境
一卵性双生児と二卵性双生児の類似性を比較することにより、脳の画像所見に対する遺伝的（つまり「遺伝性」）および環境的影響の相対的な寄与を推定できます。10 重要なことは、遺伝子ごとの相互作用や、遺伝率に対する年齢と性別の影響も評価できることです。 現在進行中の縦断研究の現在のサンプルサイズは、600の一卵性双生児ペアと90二卵性双生児ペアからのおよそ60スキャンです。 大脳および葉全体の体積（GMおよびWMサブコンパートメントを含む）の遺伝率は、0.77から0.88の範囲でした。11 高度に遺伝性の脳形態計測法は、遺伝形質の生物学的マーカーを提供し、遺伝的連鎖および関連研究のターゲットとして役立つ可能性があります。12,13 同じ遺伝的または環境的要因が複数の神経解剖学的構造に寄与する度合いの評価を可能にする多変量解析は、単一の共有遺伝的効果が皮質の厚さの変動性の60％を占めることを示します。14
遺伝率の年齢に関連した変化は、遺伝子発現のタイミングに関連し、障害の発症年齢に関連している可能性があります。 一般的に、遺伝率はWMでは年齢とともに増加し、GMボリュームでは減少します。11 一方、前頭葉、頭頂葉、および側頭葉内の領域では、皮質の厚さに対する遺伝率が増加します（図3).15 特定の脳構造が、開発中の遺伝的または環境的影響に特に敏感な場合の知識は、重要な教育的および/または治療的意味を持つ可能性があります。
男女
ほぼすべての神経精神障害の有病率、発症年齢、男性被験者と女性被験者の症状が異なることを考えると、典型的な発達脳軌跡の性差は、子供の精神医学にとって非常に重要です。 成人の神経画像に関する文献と一致して、16 平均総脳容積は男性被験者で約10％大きかった。 また、GMのボリュームピークは、一般的に女性被験者の1〜3年前に発生しました。1
人生の最初の数年間で脳が急速に発達し、自閉症などの神経発達障害の初期イベントの重要性が認識されたことで、乳児や幼児のスキャンに対する関心が高まりました。 ノースカロライナ大学の74新生児の研究者による、生後1週間以内に画像診断を受けた研究では、脳容積の急速な成長が見つかりました。 脳容積の性的二形性はすでに存在しており、出生時体重の差を補正した後でも、男性被験者では頭蓋内容積が有意に大きかった。17
男性被験者と女性被験者の脳の大きさの合計の違いは、機能的な利点または欠点を与えると解釈されるべきではありません。 総体的な構造的尺度は、ニューロンの接続性や受容体密度などの機能的に関連する要因の性的二形性の違いを反映していない場合があります。 脳のサブコンポーネントを評価する際に、この合計脳サイズの差を調整するか、またはどのように調整するか（つまり、女性被験者で特定の脳構造が「比較的」大きい）は、文学で性的二形性として報告されるものに強く影響します。
このスケーリングの問題に対処するための興味深いアプローチが、Sowellらによって報告されました。18 176歳から7歳までの87の人々のサンプルで検出された地域固有の性差（つまり、女性被験者の右頭頂部と後部側頭皮質が厚い）が、18の男性と18の女性の脳のサブセットで複製されたことを発見した人合計脳サイズが異なります。
考察
人生の最初の25年における典型的な脳発達の一般的なパターンは、GM構造のWMボリュームおよび地域固有の逆U字型発達軌道のほぼ線形の増加であり、ピークボリュームは小児期後期または青年期初期に発生します。 著名なテーマは、ニューロイメージングでは、人生と同様に、目的地よりも旅についてのものであることが多いということです。 このテーマは、双子の研究で年齢ごとの遺伝的相互作用が強く、性的二形性が最終サイズよりも発達経路で大きく、年齢ごとの厚さ発達曲線がIQをより予測する典型的な発達の研究に関連します。年齢20年の皮質の厚さより。19 「目的地だけではなく旅」のテーマは、注意欠陥/多動性障害または小児期発症の統合失調症のコントロールと最も対照的なコントロールが発達の軌跡である精神病理学の研究でも非常に重要です。
発達の軌跡を適切に特徴付けるには、大きな断面サンプルまたは縦断的研究のいずれかが必要であり、どちらも実質的な方法論的課題をもたらします。 被験者とコントロールの選択基準、画像取得、および画像解析技術の違いは、小児の神経イメージング文献での高い非複製率に寄与し、有効なメタ分析研究を困難にします。 サイト全体で標準化された方法論を使用して、小児のコントロール被験者を対象とした6サイトの神経画像研究が進行中であり、典型的な脳発達のニュアンスをさらに明らかにする必要があります。20
グループの平均的な脳の解剖学的差異は、ほぼすべての神経精神障害について報告されていますが、臨床集団と対照集団の間の値の大きな重複により、現在、診断的使用が除外されています症状の病因）。 自閉症、注意欠陥/多動性障害、小児期発症の統合失調症、失読症、脆弱X、若年発症双極性障害、心的外傷後ストレスの最も頻繁に研究されている障害を持つすべてまたはほとんどの子供に共通する「病変」は確認されていません障害、シデナム舞踏病、またはトゥレット症候群。 ニューロイメージングは現在、病気の核となる性質を探求し、遺伝子と行動の中間にある生物学的マーカーであるエンドフェノタイプを提供するのに最も有用です。 内表現型は、異なる病態生理学、予後、または治療反応を示す疾患のサブタイプの特定にも役立つ場合があります。
小児の神経画像検査の将来は、同じ個人の複数の画像診断法を組み合わせた研究の増加を見る可能性が高い（例えば、構造MRI、機能的MRI、拡散テンソル画像、磁化伝達画像、脳波、および脳磁図）。 これにより、各モダリティからの情報が他のモダリティの解釈を通知するため、「その部分の合計よりも大きい」相乗効果が得られます。 また、動物の死後研究とイメージングを組み合わせることは、MRIで検出された皮質GMの変化がニューロンの樹木化/剪定または内側のWMの侵食に関連する程度を識別するなど、イメージングの結果を推進するメカニズムを明らかにするのに役立ちます皮質境界。 将来の神経画像研究のもう1つの重要な方向は、社会科学と教育科学との統合を強化することです。
参考文献
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