注意機構の脳機能局在および脳機能システムに関する文献的研究

岡山大学大学院教育学研究科研 究集録 第147号 (2011)145‑149

注意機構の脳機能局在および脳機能システムに関する文献的研究

‑ co nt i nuouspe r f or m a nc et e s t を中心 に ‑

津 島 靖子 ･ 真田 敏 *

Continuousperformancetest(CPT)は,注意機構 の評価 に適す る神経心理学的検査 と して用 い られている｡ これ まで にMirskyはCPTの課題遂行 に被蓋 ,中脳橋網様体や視床が 関与す ると推測 しているが,最近のPETや fMRIな どに よる脳循環や代謝測定法 に基づ く知 見 を反映 した見解 ではない｡そ こで本稿 では, これ らの測定法 に基づ く注意機構 の脳機 能局 在 に関す る研 究 を展望 し,注意機構 の諸要素 にかかわる脳機能 システムにつ いて文献的検討 を行 った｡ その結果,CPT遂行 には,視床 のみ な らず,帯状 回 を含 む前頭葉 内側面,背外 側面.眼南面お よび側頭葉 にお よぶ広汎 な領域 の関与が示唆 された｡

Keywords:Continuousperformancetest,神経心理学 的検査,注意磯風 脳機能局在

1. は じめに

注意機構 の要素 と して,選択 (selectivity), 隻 中 (focusing), 集 中 の維 持 また は ヴ イ ジ ラ ンス (sustainingconcentrationorvigilance),注意の 切 り替 え (switching attention), 転 導 性 (distractibility),注意の程 度の調整 (modulating theintensityoftheattention)お よび記憶過程へ

の注意 (attentiontomemorialprocesses)な ど が挙げ られるが,Mirskyら1)はこれらを①focus,

④sustain,③shi氏の3つの要素 として集約す るこ とを提 唱 してい る｡Mirskyら1)の定義 で は,① の focusとは標 的 を選択 す る能力,② のsustainとは 選択 した標 的‑ の注意 を維持す る能力,(彰のshift

とは注意 を向けている標 的か ら柔軟かつ適切 に他 の 標 的 に変更で きる能力 とし. これ らの評価 に適す る 神経心理学的検査 として,① にはス トルー プテス ト

(Strooptest)と トレイルメイキ ングテス ト (Trail MakingTest:TMT),② には持続 的注意集 中力検

餐 (Continuousperformancetest:CPT),③ に は ウ ィス コ ンシ ンカー ド分 類 テ ス ト (Wisconsin

cardsortingtest:WCST)を挙 げてい る｡ また上 記3要素 の脳 内における機能的局在 につ いて,てん か んの治療 目的で脳 の一部 を外 科 的切 除 した症例, 動物 にお け るアル ミニウム クリームに よる脳 の破壊 実験 ,脳一部電気刺激後 の一過性 の脳局所機能不全.

単一神経細 胞 か らの電気 的活動記録 な どに基づ く自 験例お よび各種 報告の レビューか ら,図1の ように

まとめてい る 1)｡

主要 な部位 と して,前頭 前野の背外側部,頭頂葉 下部,側頭葉上部,前部帯状 回,線状体,視床お よ び正 中網様体,海馬,被蓋お よび中脳橋網様体 を挙 げてお り.(むのfocusは頭頂葉下部,側頭 葉 上部,

② のsustainは被蓋 お よび中脳橋 網様体 と視床,③ のshiftは前 頭前 野背外側 部 お よび前 部帯状 回が関 与す る と推 測 してい る｡Mirskyl)に よる注 意機構 に関す る脳 機 能局在 は,脳血流 ･代謝画像検 査 によ る知見 と してSPECTに基づ く成績2‑が一部反映 さ れ て い るの み で あ り,最近 のCPTの課 題遂行 中の PET,NIRSや fMRIな どに よる二次元 的 また は三 次元的 な脳循環 ･代謝測 定法 に基づ く知見 はほ とん

兵庫教育大学大学 院連合学校教育学研究科 673‑1494 兵庫県加東市下久米942‑1

*岡山大学大学院教育学研究科発達支援学系 700‑8530 岡山市北 区津 島中3‑1‑1

Reviewoffunctionallocalizationfortheattentionsystem,especiaHyconcernlngcontinuousperformancetest studies.

YaSukoTSUSHIMAandSatoshiSANADA*

TheJointGraduateSchool(Ph.D,Program)inScienceofSchoolEducation,HyogoUniversityofTeacher Education,942‑1Shimokume,Katocity,Hyogo,673‑1494

*DivisionofDevelopmentalStudiesandSupport,GraduateSchoolofEducation,OkayamaUniversity,3‑1‑1 1もushima‑naka,Kita‑ku,Okayamacity700‑8530

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津島 靖子 ･ 泉田 敏

図1 注意機構 に関 わる脳機能局在 (Mirskyl)著者 らによる訳) ど反映 されていない｡そ こで最近の脳循環 ･代謝測

定法 に基づ く成績が,従来の研 究方法 による成績 に 基づ きMirskyl)に よ‑Jて提 唱 された仮説 を支持す る ものか どうか検 討す るこ とは.CPT遂行 時の注 意機構 や実行機能に関す る理解 のみ な らず,脳機能 全般 についての理解 を深めるために も重安 と思われ る｡そ こで,本稿では, まず脳循環 ･代謝測定法 に つ いて概観 す る とともに,CPTに関す る画像 検 督 U)成節 を中心 に近年の研究 を詳細 に検

討し

,｣･.述の 視点か ら考察す ることを 目的 とす る0

2.CPTに関 わる脳機能 とその脳機 能局在

1945年 にKety‑Schmidtに よ りN20法3)が導 入 され. ヒ トの脳 全体の脳循環が定童 的に測定で きる ようにな り,1962年にはIngva

r&

Lassem の放射 性 ア イソ トープを用 いた方法4)で,大脳皮 質の局所 脳循環が ‑̲次元的に測定で きるようになったO これ らに よ り,脳機能に関す る生坤的な知見が飛躍的に 増大 し, さらに各種疾患 における脳循環 を計測す る ことによ り.局所脳機能の状態 を把握す る道が開け た ,近年 で は, ポ ジ トロ ン断層撮 影法 (positron emissiontomography:PET)や シングルフォ ト ン断 層 振 影 法 (single photon tLmissiorL tomography:SPECT),機 能 的磁 気 共 鳴 画像 法

(functionmagneticresonanceimaging:fMRl) による三次元的な脳循環 または脳代謝の計測が可能 にな り.帯棟回,大脳基底核や線状体 など脳 の深部 の活動状況が検討で きるようになった｡ また,近赤 外分光法 (NearInfraredSpectroscopy:NIRS)

を用 いた非侵 襲的脳代 謝測定法 も導入 されてい る｡

PETは局所 的 な神緯作用 の賦活 や局所脳 血流.お

よび血液 中の酸素含有量 を測定す る方法であ り, ア イソ トープで ラベ ル した物質 を投与 し,体 内での反 応 を画像化す る｡酸素や炭素などヒ トの身体 を構成 している元素 を標識 した物質 を使用す ることによっ て.生理学的生化学 的機能 を反映す ることが 叶能で ある｡SPECTもPETとIJ'l様 に.ア イソ トープで ラ ベ ル した物質 を投 与し,脳血流 に応 じた ラシすアイ ソ トープの分布状態 を画像表示す る方法であ り.局 所脳血流.神経伝達物質や脳代 謝な どが測定対象 と なるが,測定原理 か ら一一般 的 にはPETよ り画像解 像 度が低 い｡fMRIは強磁場 を発生す るMRI装置 を 用 い.酸化ヘモ グロビンは反磁椎体,還 元ヘモ グロ ビンは常磁性体 となる特性 を利用 し脳代謝の レベル を測 定す るものである｡空 間解像力が良 く非侵襲的 で一一一定時 間連続 的に計測 で きる利点があるが,磁性 体 を検査零 に持 ち込むことがで きないため,課題提 示装置の使用 に一定の制 限が加 わる｡NIRSは近赤 外線が頭皮 ･頭蓋骨 を容易 に透過 して頭蓋内に広が る性質 を利用 した ものである｡波長の違 う2つU)近 赤外光 を頭部にあて,その反射光 を頭皮 上で計測 し, 酸化及び還元ヘモ グロビンの濃度変化か ら頭蓋骨 卜 の大脳皮質 における代謝情報 を得 ることか ら,多チ

ャンネル化 によ り二次元的脳機能マ ッピングが 吋能 にな り, この ような測定法 を光 トポグラフ ィー とも 呼んでいる｡

1990年 にBuchsbaumら5ゝは,Ⅹ型 であ るCPT 課題遂行 中にア イソ トープで ラベル したグルコース

( 1 8 FDG)

に よるPETを実 施 し.右 利 きの健常 者 37名 で は右 前頭 葉 と右 側頭 一頭頂葉 に脳代 謝 の増 加 を認 め たが,統合 失調症 の症例13名で は同上都 の代謝の増加 が健常者群 に比 し有意 に低 かった と報

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注意機構の脳機能局在および脳機能システムに関する文献的研究

告 している｡また,空間解像力 に優 れた

f MRI

を用 い,

Ⅹ型のCPT課題遂行 中 に,統合失調症 の症例 で は 右内側前頭皮質お よび右帯状 回 と左視床の代謝が健 常対照者 に比 し低 い ことが報告 されてい る6)｡ さら に,BuchsbaumらのCPT課題遂行 中のPETに よ る統合失調症の一連の研究では,前頭葉内側部,管 状 回.大脳基底核,視床 に代謝の増加が不十分であ ることか ら,統合失調症では皮質 一線状体 一視床経 路 に問題がある と推測 している7)8).以上の ように, Buchsbaumらの一 連 の研 究 に よって指摘 され た CPT課題遂行 によ り賦活 され る部位 はMirskyl)が 提 唱 した注意機構の局在の内,海馬 と中脳 ･橋網様 体以外の部位 と一致 している｡

Alexander9)による と,図2の ように,上記の皮 質 一線状 体 一視床経路 は複 数 の ルー プ回路 か らな り.同回路 における皮質 としては, 身体の運動 に関 わる補足運動野,眼球運動 に関わる前頭前野,その 他,前頭前野背外側部,眼簡皮質,前部帯状 回を挙 げている｡ これ ら皮質の うち,前頭前野背外側部 に 関 し て,Bermanら11'はPETを 用 い た 研 究 で WCST課題遂行 中 に同部の 血流 が増加 し. この増 加 は訓練 によって も低下 しないことよ り, ワーキ ン

グメモ リに関与す る部位 と推測 しているが,WCST の特性 か ら,注意関連,反応抑制や反応 の切 り替 え な どの実行機能の関与 も否定で きない と思 われ る｡

また.眼商皮 質 に関 して,0'Dohertyら12'は報酬 期待 と関連 した部位 と推測 してい る｡

さ らに,前部帯状 回に関 して,設楽10)は,サ ル を用いた実験結果か ら,動機づ けに基づ く計画行動 の制御 に同部か らの皮質 一線状体 一視床 ループ回路

が関与す る と推測 してお り,これが正 しい とすれば, 同部の機能不全が統合失調症の症状の一つである意 欲 の 低 下 の 原 因 と考 え られ る｡Siegelら13‑は.

CPTの反応 精度 と解 釈 されてい るd'に着 目した分 析 を行い, 自閉症者では前頭葉 内側の グルコー ス代 謝がd'と負の相 関を示 し, 同部が 自閉症の根源的な 問 題 を 引 き起 こす の で は な い と記 述 して い る｡

Rezaiら14)は,CPT,WCST, ロン ドン塔課題お よ びPorteus迷 路 課 題 遂 行 中 に133Ⅹe吸 入 に よ る SPECTを行 い,前 三者 で は前頭部 に有意 な血流の 増加 を認めたが,Porteus迷路課題では有意 な前頭 部の血流増加 は認 め られなかったoCPTとロ ン ドン 塔課題 にお ける前頭部の血流増加 は両側の内側部で

あ り,正中部の注意回路 を反映 した もの と推測 して いるが, これは前部帯状皮質が関与す る皮質 一線状 体 一視床経路 ループ回路 と同一の もの と思われる｡

また,Caseyら15)は,noLⅩ型 のCPTにお ける

Ⅹの提示確率 を変化 させ,fMRIによる検討 を行い, 背外側部の上部お よび中部は低頻度確率の刺激 によ

って,背外側部の下部お よび眼商都は高頻 度確率の 刺激 に よって賦活 され ると報告 している｡彼 らはそ の背景 メカニ ズムについて考察 していないが.両者 の提示確率 の違 いに基づ く両部位の活性化状況の違 いか ら,背外側部の上部お よび中部にはワーキ ング メモ リ‑の負荷や反応抑制の関与が推測 される｡

Mirskyら16‑が 指 摘 した頭 頂 葉 下 部 に 関 して.

Posnerら17)は後 方注 意 系 (posteriorattention system)と名付 け,前頭葉が 関与す る前方注 意系

(anteriorattentionsystem)と二系 に分けて検討 し ているO後方注意系の役割 として,視覚や聴覚情報

図2 皮質 一線状体 一視床ループ回路 (Alexander9)設楽 による訳10)よ り)

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津島 靖子 ･ 異田 敏

の 処 理 の 際, 受 動 的 に注 意 が 移 行 す る状 態 を

●̀attentionshi灯 と表現 し,同注意系は前方注意系 に よ り制御 されてい る としている｡彼 らが用 いる shiftの背景メカニズムは ｢注 目す る必要のない情報 に対 して抑制をかけるもの｣であ り, ここにおける 注意の集中 とはあ くまで受動的な注意の集中である と考え られる｡ この ことは,前述 のMirskyら1'の 用いた能動的な注意の集中のことをさすshiftと用語 の解釈の上で留意 してお く必要があると思われる｡

前述のBermanら¹いは,CPTによ り活性化 され る脳機能部位の左右差の検討で,右側が優位であ り.

非対称であることを指摘 している｡ また. この非対 称 に関 してHagerら18)ち,fMRIによる検討で同様 の右側優位の報告 を行 っている｡ しか し,Oggら19' はfMRIを用いた検討で,運動抑制の際に生ずる運 動関連性の左右差や,提示 された課題の視覚情報の 処理の際の左右差などの要因が背景 に考えられると して,注意機構や反応抑制その ものの左右差か どう か につ いて は断定 で きない と して い る｡ さ らに, Herrmannら20),はGo/NoGo課題におけるNIRS による二次元脳 トポグラフィーの検討か ら,以前の 彼 らによる左右差 に関す る見解21)を否定 し,非対 称は認めなかった としている｡ これは,彼 らの既報 の研究では安静状態 をコン トロールとして検討 して いるが,その後の研究では運動反応 をともなった状 態 をコン トロールとした検討に変更 し,以前の誤解 釈の原因 として運動の影響が反映 されていたため と 考察 している｡ また 同論文の中で,Go/NoGo課 題の抑制のNoGoのフェーズにおいて,両側前頭領 域下部 に代謝の克進が見 られることか ら,同部が反 応抑制 に関与 していることも推測 され注 目される｡

中脳 ･橋網様体が脳循環 ･代謝を測定す る画像検 査において,CPT遂行中に賦活 されるとい う報告が ないことについて,動物実験 において,覚醒反応 を 引 き起 こすための,同部の電気刺激は極めて低電位 で短い持続時間で十分であることが知 られてお り22)

少数の細胞の短時間の興奮が上行性網様賦活系 を介 して脳全体 に覚醒反応 として伝播す ることか ら,小 さなエネルギーで大 きな影響 をおよぼす組織 と考え られ,その結果,画像検査で把握で きるほ どの代謝 の克進が認め られなかったものと推測 される｡

3.あわ りに

前述のようにMirskyら16)は注意機構の要素であ るsustainの評価 に適 した神経心理学的検査 として cpTを挙げ,sustainの中心的部位の一つ として皮 質下の間脳 に位置する視床 を想定 している｡しか し, 最近の脳循環 ･代謝測定法 に基づ く研究でCPTの

課題遂行中に活性化 された脳部位 は,視床のみなら ず,大脳皮質領域 である,帯状回を含む前頭葉内側 面,上部か ら下部にいたる前頭葉背外側面,前頭葉 眼席面,頭頂葉お よび側頭葉にお よぶ広汎な領域 で あることが明 らか にされた｡ ここで,CPTの課題 特性か ら判断すると,課題遂行には注意機構 の要素 であるsustainは必須 と思われるが,注意機構のそ の他の要素であるfocusやshiftも必要であ ると考 えられ, さらに実行機能 としての反応抑制やワーキ ングメモ リも不可欠であると考えられる｡ これ ら注 意機構や実行機能にかかわる課題の処理過程で消費 したエネルギーを脳循環 ･代謝測定法によって包括 的に捉 らえ.その結果,広汎な脳部位の活性化が確 認 されたもの と考えられる｡今後, これ ら脳機能局 在 を注意機構お よび実行機能の各要素別に検討する ためには,脳循環 ･代謝測走時の課題 と対照時の課 題に,分析的解析が可能になるような工夫が必要 と 思われる｡ しか し,上記各機構の諸要素が独立 した 脳機能局在 を有 してお らず,多領域の神経細胞が関 与す るような脳機能 システムとして存在する可能性 について も留意 してお く必要があると思われる｡

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