Combined analysis of DTI and fMRI data reveals a joint maturation

医療情報システム研究室
MRI
【文献調査】
Combined analysis of DTI and fMRI data reveals a joint
maturation of white and grey matter in a fronto-parietal
network
小淵将吾
廣安知之
山本詩子
2014 年 08 月 22 日
1
タイトル
DTI と fMRI の統合解析による前頭–頭頂ネットワークにおける白質・灰白質の結合の解明
2
著者
Pernille J. Olesen, Zoltan Nagy, Helena Westerberg, and Torkel Klingberg
3
出典
Cognitive Brain Research Volume 18, 2003, pp48-57
4
アブストラクト
本研究の目的は白質の成熟がみられる領野のネットワークがあるか，そして脳活動変化が幼少期における発達
傾向と同様の類似性がみられるかの検討である．先行研究では，我々は幼少期に前頭ー頭頂領域における灰白質
の脳活動が増加することを示した．我々はこれが白質の成熟によるものであると仮定した．8–18 歳の 23 人の健常
な子どもを対象に調査した．ワーキングメモリ課題を行っている間の脳活動を fMRI の BOLD 効果を用いて計測
した．神経線維は DTI を用いて計測された．DTI データを基に，我々は髄鞘化と軸索の太さの指標である FA を
算出した．MRI スキャンの前に．ワーキングメモリのスコアを評価した．いくつかの領域において，ワーキング
メモリスコアは FA 値と BOLD 信号のそれぞれに関連していた．FA 値と BOLD 信号は個々の被験者のそれらの
領域のピークボクセルから抽出された．FA 値は FA 値と BOLD 信号とが関連のある脳領域をみつけるために行
う，BOLD 信号解析に共変量として用いられた．逆に，BOLD 信号値は FA 値解析のための共変量として用いら
れた．いくつかの皮質や皮質下において，白質の成熟と脳活動の増加に正の相関があった．特に，我々の仮定を
支持する，ワーキングメモリの機能を担うとされている，頭頂溝と下頭頂小葉の灰白質付近に位置する BOLD 信
号と前頭–頭頂間の白質における FA 値には正の相関が発見された．
5
キーワード
Working memory, Human development, Frontal lobe, Parietal lobe, Myelination, Diﬀusion tensor imaging,
Functional magnetic resonance imaging
6
参考文献
• ワーキングメモリに関する文献
[1] A. Baddeley, Working memory, Science 255 (1992) 5562013559.
• ワーキングメモリが幼少期と青年期において発達
[2] A.F. Fry, S. Hale, Relationships among processing speed, working memory, and ﬂuid intelligence in
children, Biol. Psychol. 54 (2000) 1201334.
[3] S.E. Gathercole, Cognitive approaches to the development of short-term memory, Trends Cogn. Sci. 3
(1999) 410 2013 419.
• 視空間性ワーキングメモリの発達と前頭・頭頂領域の BOLD 信号の増加に関連する
1
[4] T. Klingberg, H. Forssberg, H. Westerberg, Increased brain activity in frontal and parietal cortex
underlies the development of visuo-spatial working memory capacity during childhood, J. Cogn. Neurosci.
14 (2002) 1 2013 10.
• 視空間性ワーキングメモリ課題中の脳活動は児童と成人において類似
[5] C.A. Nelson, C.S. Monk, J. Lin, L.J. Carver, K.M. Thomas, C.L. Truwit, Functional neuroanatomy of
spatial working memory in children, Dev. Psychol. 36 (2000) 109 2013 116.
[6] K.M. Thomas, S.W. King, P.L. Franzen, T.F. Welsh, A.L. Berkowitz, D.C. Noll, V. Birmaher, B.J.
Casey, A developmental functional MRI study of spatial working memory, Neuroimage 10 (1999) 327 2013
338.
• ワーキングメモリの発達段階における前頭葉の白質形態の変化
[7] T. Klingberg, C.J. Vaidya, J.D.E. Gabrieli, M.E. Moseley, M. Hedehus, Myelination and organization
of the frontal white matter in children: a diﬀusion tensor MRI study, NeuroReport 10 (1999) 1 2013 5.
[8] Z. Nagy, H. Westerberg, T. Klingberg, Regional maturation of white matter is associated with the
development of cognitive functions dur- ing childhood, submitted.
• 前頭葉の白質形態の成熟は最も遅い
[9] J.M. Fuster, The Prefrontal Cortex, Raven Press, New York, 1989.
[10] P.R. Huttenlocher, A.S. Dabholkar, Regional diﬀerences in synap- togenesis in human cerebral cortex,
J. Comp. Neurol. 387 (1997) 167 2013 178.
[11] E.R. Sowell, P.M. Thompson, C.J. Holmes, T.L. Jernigan, A.W. Toga, In vivo evidence for post
adolescent brain maturation in frontal and striatal regions, Nat. Neurosci. 2 (1999) 859 2013 861.
• 遅いシナプスの形成は環境要因に影響を受け，学習や記憶に関連して発生
[12] J.A. Kleim, K. Vij, D.H. Ballard, W.T. Greenough, Learning-dependent synaptic modiﬁcations in the
cerebellar cortex of the adult rat persist for at least four weeks, J. Neurosci. 17 (1997) 717 2013 721.
[13] K. Zito, K. Svoboda, Activity-dependent synaptogenesis in the adult Mammalian cortex, Neuron 35
(2002) 1015 2013 1017.
• 初期のシナプス形成は本質的に制御される
[14] J.P. Bourgeois, P.J. Jastreboﬀ, P. Rakic, Synaptogenesis in visual cortex of normal and preterm monkeys: evidence for intrinsic regu- lation of synaptic overproduction, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 86
1989, pp. 429720134301.
• DTI と fMRI の統合解析
[15] D.J. Werring, C.A. Clark, G.J. Barker, D.H. Miller, G.J. Parker, M.J. Brammer, E.T. Bullmore, V.P.
Giampietro, A.J. Thompson, The struc- tural and functional mechanisms of motor recovery: complementary
use of diﬀusion tensor and functional magnetic resonance imaging in a traumatic injury of the internal
capsule, J. Neurol. Neurosurg. Psy- chiatry 65 (1998) 863 2013 869.
[16] D.J. Werring, C.A. Clark, G.J. Parker, D.H. Miller, A.J. Thompson, G.J. Barker, A direct demonstration of both structure and function in the visual system: combining diﬀusion tensor imaging with functional
magnetic resonance imaging, Neuroimage 9 (1999) 352 2013 361.
[17] U.C. Wieshmann, K. Krakow, M.R. Symms, G.J. Parker, C.A. Clark, G.J. Barker, S.D. Shorvon,
Combined functional magnetic resonance imaging and diﬀusion tensor imaging demonstrate widespread
modi- ﬁed organization in malformation of cortical development, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 70
(2001) 521 2013 523.
• FA に関する文献
[18] P.J. Basser, C. Pierpaoli, Microstructural and physiological features of tissues elucidated by quantitativediﬀusion-tensor MRI, J. Magn. Reson., Ser. B 111 (1996) 2092013219.
• BOLD 信号はシナプス活動と関連する
[19] N.K. Logothetis, J. Pauls, M. Augath, T. Trinath, A. Oeltermann, Neurophysiological investigation of
the basis of the fMRI signal, Nature 412 (2001) 150 2013 157.
2

Download Report