定量的MRIを用いたヒトの脳成熟の規範的な軌跡の解明：多施設共同研究

核心概念

本研究では、定量的MRIを用いて、脳の白質路、皮質下白質、皮質灰白質における加齢に伴う変化を明らかにし、脳の成熟過程が脳構造によって異なり、白質路、皮質下白質、皮質灰白質の順にピークを迎えることを示した。

要約

定量的MRIを用いたヒトの脳成熟の規範的な軌跡の解明：多施設共同研究

Chen, X., Ocampo-Pineda, M., Lu, P., Ekerdt, C., Weigel, M., Jansen, M. G., ... & Marques, J. P. (未発表). 定量的MRIを用いたヒトの脳成熟の規範的な軌跡の解明.

本研究は、定量的MRI（qMRI）を用いて、ヒトの脳の成熟と老化に伴う微細構造の変化を明らかにすることを目的とした。具体的には、加齢に伴う脳の白質路、皮質下白質、皮質灰白質におけるqMRI指標の変化を、広範な年齢層の健常者を対象に、多施設共同研究により調査した。

抽出されたキーインサイト

Unveiling Normative Trajectories of Lifespan Brain Maturation Using Quantitative MRI

by Xinj... 場所 arxiv.org 11-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.00661.pdf

深掘り質問

本研究で明らかになった脳の成熟過程の違いは、認知機能の発達や加齢に伴う認知機能低下のメカニズムとどのように関連しているのだろうか？

本研究では、脳の成熟過程が、白質線維束（TWMB）、皮質下白質（SWM）、皮質灰白質（CGM）の順にピークを迎えることが示されました。この成熟のタイムラグは、認知機能の発達や加齢に伴う認知機能低下と密接に関連していると考えられます。
1. 認知機能の発達

初期に成熟するTWMB：TWMBは脳領域間の情報伝達を担う神経線維の束であり、その早期の成熟は、感覚情報処理や運動制御など、基本的な認知機能の発達に寄与すると考えられます。
続いて成熟するSWM：SWMは皮質領域間の短距離接続を担い、その成熟は、より高次な認知機能、例えば、ワーキングメモリ、注意、実行機能などの発達に重要であると考えられます。
最後に成熟するCGM：CGMは、思考、判断、言語など、最も高次な認知機能を司る領域であり、その成熟には長い期間が必要となります。
2. 加齢に伴う認知機能低下

TWMBの早期の老化：加齢に伴い、TWMBではミエリンの減少や軸索の変性が起こり、情報伝達効率が低下します。これは、処理速度の低下や注意力の減退など、様々な認知機能の低下に繋がると考えられます。
SWM、CGMへの影響：TWMBの老化は、SWMやCGMの機能にも影響を及ぼし、認知機能全体の低下を加速させる可能性があります。
3. 脳領域間の連携
重要なのは、これらの脳構造は独立して機能しているのではなく、互いに密接に連携し合っており、その複雑な相互作用によって認知機能が成り立っているということです。本研究で示された成熟過程のタイムラグは、各脳構造が適切な時期に発達し、連携していくことで、高度な認知機能を獲得していくプロセスを反映していると考えられます。

脳の成熟過程には個人差があることが知られているが、本研究で観察された年齢軌跡のばらつきは、遺伝的要因や環境要因によってどのように影響を受けるのだろうか？

本研究で見られた年齢軌跡のばらつきは、遺伝的要因と環境要因の両方が複雑に影響していると考えられます。
1. 遺伝的要因

ミエリン形成関連遺伝子: ミエリン形成に関わる遺伝子の個人差は、白質の成熟速度やピーク年齢に影響を与える可能性があります。
神経伝達物質関連遺伝子: ドーパミンやセロトニンなどの神経伝達物質関連遺伝子の違いは、神経回路の形成やシナプスの可塑性に影響を与え、認知機能の発達に個人差をもたらすと考えられます。
脳由来神経栄養因子（BDNF）: BDNFは神経細胞の生存、成長、シナプス可塑性を促進するタンパク質であり、その遺伝子多型は、脳の成熟過程や認知機能に影響を与える可能性が示唆されています。
2. 環境要因

栄養状態: 幼児期における鉄分や必須脂肪酸などの栄養状態は、ミエリン形成や神経細胞の発達に影響を与えるため、脳の成熟過程に影響を与える可能性があります。
教育: 教育は、神経細胞の結合を強化し、認知機能の発達を促進することが知られています。
ストレス: 慢性的なストレスは、コルチゾールなどのストレスホルモンを増加させ、海馬など脳の特定の領域の成長を阻害する可能性があります。
運動: 運動は、BDNFの分泌を促進し、神経細胞の新生を促す効果があるため、脳の成熟を促進する可能性があります。
3. 相互作用
遺伝的要因と環境要因は独立して作用するのではなく、相互に影響し合いながら脳の成熟過程に影響を与えていると考えられます。例えば、遺伝的にミエリン形成が遅い傾向を持つ人が、栄養状態の良い環境で育った場合、その影響は緩和される可能性があります。
今後の研究では、大規模なデータを用いて、遺伝要因と環境要因、そしてその相互作用が、脳の成熟過程にどのように影響を与えるのかを詳細に調べる必要があります。

本研究で用いられた定量的MRI技術は、脳の成熟過程を評価するためのバイオマーカーとして、臨床応用できる可能性はあるのだろうか？

本研究で使用された定量的MRI技術、特にR1マッピングは、脳の成熟過程を評価するバイオマーカーとしての臨床応用が期待されます。
1. 客観的な指標
従来のMRI検査では、主に形態的な変化を捉えることで間
接的に脳の成熟度を評価していました。一方、定量的MRI技術を用いることで、ミエリン量や鉄沈着量といった組織の微細構造を反映する指標を、数値化して客観的に評価することが可能となります。
2. 発達障害の早期発見
発達障害の多くは、脳の成熟過程の遅延や偏りが関与していると考えられています。定量的MRI技術を用いることで、これらの変化を早期に捉え、早期介入につなげることが期待されます。
3. 治療効果の判定
発達障害に対する薬物療法やリハビリテーションの効果を、脳の成熟過程の変化として定量的に評価できる可能性があります。
4. 加齢に伴う変化の予測
認知症などの神経変性疾患のリスク評価や、予防のためのライフスタイル指導に役立つ可能性があります。
5. 課題と展望

標準化: 測定方法や解析方法の標準化を進め、施設間や装置間のばらつきを抑制する必要があります。
臨床的意義の確立: 定量的MRIで得られた指標と、実際の認知機能や行動との関連性を明らかにし、臨床的な意義を確立していく必要があります。
これらの課題を克服することで、定量的MRI技術は、脳の成熟過程を評価する有用なバイオマーカーとして、臨床現場で広く活用されることが期待されます。