認知神経科学よりみた情動／認知機能の発達
−発達障害を理解するために−
相 原 正 男
山梨大学医学部小児科 要 旨：脳における情報処理システムは，認知処理背側経路と情動処理腹側経路の二重のシステム 構造になっている。情動処理と認知処理が統合する脳領域は前頭葉と考えられている。認知処理系 である背外側前頭野で判断，計画が立案され，情動処理系である前頭葉眼窩・腹内側部で生物学的， 社会的評価を受ける。ヒトの社会的適応において，認知機能が文脈（context）を形成し，情動機 能がバイアス（bias）として関わることで，将来の目的に向けて判断，計画，行動するために必要 な実行機能（executive function）が作動して意思決定がなされ行為に進展するものと考えられる。 近年，これらの高次脳機能を非侵襲的に評価できる認知神経科学（cognitive neuroscience）という 学際的な研究分野が発展してきており，健常小児や発達障害児の脳内メカニズムが急速に解明され てきているので紹介する。 キーワード 情動，認知，前頭葉機能，発達障害，認知神経科学 はじめに 発達障害は，自閉性障害，学習障害（Learn-ing Disorders; LD）， 注 意 欠 陥 ／ 多 動 性 障 害 （Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder; ADHD）などが対象として挙げられる。文部科学省の調 査では，全国の小中学生の 6.3 ％が発達障害の 可能性があると報告されている。発達障害の背 景には，全般的な知的障害である精神遅滞とは 異なり内面的な能力障害（情動，注意，思考） をきたすために周囲の人達に気づかれずに社会 的不利益を被るとした障害概念が存在し，社会 的問題として注目されてきている。したがって， 発達障害児への対応は緊急かつ重要な課題とし て，すでに個別の教育的ニーズに応じた特別支 援教育体制の整備が文部科学省主導で進行して いる。さらに，平成 17 年 4 月発達障害者支援 法が成立，施行され，厚生労働省の指導で圏域 支援体制整備事業，多種職連携を目的に発達障 害者支援センターの設立がなされており，発達 障害は重要な疾患概念となってきた。 一方，脳における情報処理システムは，感覚 器からの情報が視床を経由して扁桃体に転送さ れる情動処理経路と，大脳皮質を経由する認知 処理経路の二重のシステム構造になっており， 情動処理と認知処理が相互作用を行う脳領域 は，前頭葉と考えられている（図 1）1,2）。発達 障害は神経心理学的に前頭葉の機能障害である ことが近年明らかになるにつれて，認知処理経 路においては行動抑制やワーキングメモリーモ デルに基づく認知心理学的解析が最近活発に行 われてきている3,4）。さらに，発達障害児は， 情動処理経路の障害から，その発達過程におい 〒 409-3898 山梨県中央市下河東 1110 受付： 2008 年 2 月 15 日 受理： 2008 年 2 月 25 日
総 説
て感情（feeling）の言語化能力（情動認知）が 乏しく，共感不全に陥りやすい。その結果心身 症，転換障害さらに感情のコントロールが不能 となり衝動的行動（行為障害）へと進展して人 格障害や引きこもりなどの社会的適応障害にな ることがたびたび経験される。 発達障害児に対する理解の進展は，知覚と認 知，学習と記憶，言語・感情とコミュニケーシ ョン，理論と思考などの「心の神経メカニズム」 を探る神経心理学的立場からの作業仮説によ る。従来から，神経心理学が人の脳損傷あるい は機能障害によって生じた症状から，神経学 （脳）と心理学（心）を統合する役割を担って きた。さらに，高次脳機能を非侵襲的に測定す る脳科学の進歩とともに認知神経科学（cogni-tive neuroscience）という学際的な研究分野が 発展して5），発達障害児の脳内メカニズムが急 速に解明されてきているので紹介する。 I．神経心理学的にみた前頭葉機能の発達 近年，ADHD を理解する神経心理学的理論 として，Barkley によって提案された行動抑制 と 実 行 機 能 （ executive function） の 障 害 が ， ADHD の病態生理を考えるときの中心モデル となってきた3,4）。発達心理学領域での「自己 抑制」と神経心理学領域での「実行機能」とい う概念を中心に据えたハイブリッドなモデルと なっている。発達の順序性からは，まず自己抑 制が出現し，次に実行機能が順次認められてく る。したがって，自己抑制には実行機能の遂行 をサポートする役割が課せられていることにな る（表 1）。 生後数か月から人は反応や行動を遅らせる能 力（反応・行動抑制）が認められるようになる。 これは，瞬時の情動（emotion）を抑制するこ とであり，動機（motivation）づけの形成を促 すことになる。もし，反応を抑制できなければ， 短期的な報酬を求め，嫌なことから逃げ，間違 った行動を繰り返し，さらに自分の思考を内・ 外からの干渉から抑制できない。ADHD は， まずこの自己抑制機能の発達障害，換言すれば 自己制御が未熟と考えられる。行動観察から， ADHD 児は多動，衝動性と映り，注意の持続 障害，注意の転導といった臨床症状が認められ る よ う に な る 。 ADHD 児 に 衝 動 性 眼 球 運 動 （サッケード）のうち記憶誘導性課題を試行す ると，行動抑制の障害（脱抑制）が認められ る6）。 人は，このように外から入ってくる刺激に対 して反応を遅らせることで，長谷川が例えた 「認知のぜいたく」の恩恵を受けることが可能 になると考えられる7）。我々は行動を遂行する 際，その行動が将来にどのような利益（報酬） をもたらすか，あるいは不利益（罰）を受ける か予想して行動を随時調節している5）。このよ 図 1．意思決定，行為に至る脳内情報処理過程 内外からの情報は，認知回路と情動回路の二重のシステムに より処理される．
うな行動様式には，他者の行動や自分の過去の 経験から学習し，将来の自己をイメージする非 言語性作業記憶（non-verbal working memory） が必要とされる。近年，必要な情報を適切に選 び（set），一時的に保持しつつ（short-term memory），不必要になったら消去する（reset） といった一連の情報処理過程すなわちワーキン グメモリ（working memory）が，前頭葉機能 とくに認知･行動の時間的統合化（temporal in-tegration）に関わっていることが提唱されてい る（図 2）。この能力から，時間知覚が発達し， 過去，将来そして現在ある自己認識が形成され， 自己の実現と他者との関わりに必要なソーシャ ル ス キ ル と い っ た も の が 備 わ っ て く る8 ）。 ADHD 児は，この将来のイメージを使えない ため，未来に向かって意図した行動がとれず， 現在の情動に依存した行動となる。 5 ∼ 6 歳頃より言語の内在化によって，言語 を用いて思考し，行動を制御できる能力すなわ ち言語性作業記憶（verbal working memory） が発達する。その結果，自分自身に言語により 指示できることで，セルフコントロールが可能 となり，自由意思が形成される。さらに，自己 に向けた言葉から，自分自身の脳の活動をモニ ターできる能力である自己意識（メタ意識）が 芽生えてく9）。すなわち言葉がヒトの心を操作 表 1．神経心理学的にみた心の発達と前頭前野機能 図 2．ワーキングメモリと前頭前野機能との関係 ワーキングメモリとは，構え（set）から短期記憶（short-term memory），reset に至る一連の思考の流れであり，set ができないと不注意（inattention），短期記憶ができないと 注意の転導（distractibility），注意持続障害（impersistence）， reset ができないと保続（perseveration）という注意障害が おきる．
できるようになっていく。また，情動も内在化 するため，行動に直接結びつく怒り，恐れとい った基本感情は複合化され，二次的な混合感情 が意識されるようになる10）。このように情動 が内在化された状況が，将来への動機づけられ た状態となっていく11）。ADHD 児は，これら の言語・情動の内在化が未熟なため，報酬がな くても自分自身を動機づけて継続的に作業する ことが困難になる。 最後の実行機能は，将来の目的に向けて判断， 計画，行動するためのオペレーション機能のこ とで，外の世界を自分の世界（脳）に取り込み 目 的 指 向 的 行 動 （ 行 為 ） が で き る 能 力 で あ る12,13）。カオスの状況にある外界の事実を，自 己の中で分解，分析して，自己の真実をつくり あげるために再構築する能力のことである。こ の能力により，人は自己中心性文脈（egocen-tric context）を獲得し14）
，自己を形成（men-tal self）し，自己実現という動機付けに向かえ ることができる。 このような心の発達と前頭葉機能との関係を 認知神経科学的に我々は検討してきた。ここで は外界刺激と行為の間の蓋然的な連合の形成に 不可欠な実行機能である文脈依存性理論（con-text-dependent reasoning）を神経生理学的に 解析した。 II．前頭前野の認知・論理機能 （文脈依存性理論） 1994 年 Goldberg が考案した前頭葉機能の側 性化 （lateralization）を検出する神経心理学的 検査である cognitive bias task（CBT）の検討か ら，右前頭葉は新奇な刺激に対する処理（文脈 非依存性理論）を，左前頭葉は既存の情報に基 づく内的提示により行動を導く（文脈依存性理 論）という仮説（cognitive novelty and cogni-tive routinization theory）が提唱されている15）。
検査方法は「形」「色」「数」「塗り方」の 4 つ のカテゴリーからなる図形が描かれた標的カー ドを提示する。次に 2 枚の選択カードを同時に 提示し，そのうち 1 枚を被験者の自由に選択さ せる（図 3）。選択したカードの図形と標的カ ードの図形とのカテゴリーの一致数を類似度と する。たとえば図の上の選択カードを選択した 場合，形，色，数が標的カードと一致している ので類似度は 3 となる。この選択試行を 30 回 行った合計の類似度から，標的に依存しない選 択 を し た と き に 予 想 さ れ る 類 似 度 の 合 計 値 （60）を減じたものの絶対値を依存度と定義す る。このように前頭葉機能を評価するためには， 一つの質問に一つの解答を求める課題（収束思 考）ではなく，ひとつの質問に複数の解答を求 める課題（拡散思考）設定が必要である（図 4）。 右利気，正常男児において 5 ∼ 6 歳は標的カー ドに依存しない選択をしているが，年齢ととも に標的カードへの依存度は高まり，15 歳頃成 人レベルに達した（図 5）16）。年齢に伴い右前 頭葉機能である文脈非依存的理論 （context-in-dependent reasoning）から左前頭葉機能であ
図 3．Cognitive bias task の施行法
図 4．自己中心性文脈（egocentric context）を形成 する拡散思考 前頭葉機能を評価するためには，一つの質問に一つ の解答を求める課題（収束思考）ではなく，ひとつ の質問に複数の解答を求める課題（拡散思考）設定 が必要である．
る文脈依存的理論 （context-dependent reason-ing）へシフトしていくものと考えられる。8 名の右利き健常者で CBT とコントロール課題 施行中の脳血流量を測定し統計学的検討を行っ たところ（SPECT activation study），有意に脳 血流が上昇した脳内部位は，左右前頭前野，左 下前頭野，左後側頭部であった（図 6）17）。す なわち，CBT 遂行にはこれらの脳部位が情報 処理を相互に協調して行っているものと考えら れる。 CBT の臨床応用として左前頭部脳梗塞児や 左前頭葉てんかん児を対象に検討を行った。両 疾患とも，前提条件に影響されない思考である 文脈非依存性理論，すなわち前頭葉の側性化障 害のため前提条件の表象（representation）機 能が低下していることが明らかとなった（図 7）18）。さらに，文脈依存性理論の獲得は，出 生直後の脳損傷児でも代償されないことから生 得的制約（innateness）があることが確認され ている。 図 5．CBT スコアーの年齢による変化 （Aihara M, et al, 200316）） 右利気，正常男児において 5 ∼ 6 歳は標的カードに依存しない 選択をしているが，年齢とともに標的カードへの依存度は高ま り，15 歳頃成人レベルに達した． 図 6．CBT 施行中の脳血流有意差マップ ―(SPECT activation study)― （Shimoyama H, et al, 200417）） 賦活された脳部位が黄色で表示されている．
III．認知（注意）と情動（生理的覚醒）の 相互関係 情動の生理学的側面は，外部環境や体内変化 などの感覚入力に対する記憶，経験との照合に より数秒単位で出現する生物学的価値判断であ り，適応行動への動機づけを発生させる。情動 研究は，情動的意義を決定する脳内情報処理す なわち感覚入力の情動的評価，主観的に体験さ れる情動体験，客観的に観察できる情動表出の 三側面から検討されてきた1）。認知神経科学で は，情動的評価（脳内表象），情動表出（情動 行動，情動性自律反応）を扱うことが多い。注 意，認知機能といった高次脳機能の客観的評価 と し て ， 事 象 関 連 電 位 （ event-related poten-tial; ERP）は広く臨床応用されてきている19,20）。
交感神経皮膚反応（sympathetic skin response; SSR）も，求心性電気刺激による体性感覚−交 感神経系の自律神経検査として汎用されている が，新奇刺激による定位反射として情動（生理 的覚醒）と行動を関連付ける生理的指標として 最近注目されている21,22）。 このような観点から，異なる注意課題におけ る認知と情動の相互関係を検討するため，ERP と SSR を同時に測定した。情動表出には生理 的覚醒（注意）を伴うため，神経心理学的に考 察したさまざまな注意課題における ERP と情 動性自律反応である SSR を同時に記録して認 知と情動の相互作用を検討した。対象は，健康 成人 12 名である。まず被験者を明るい遮音さ れた室内で安静座位に保ち，覚醒開眼の状態で 注視点を定め，その 1 点を凝視するように指示 し た 。 測 定 機 器 に は ， 日 本 光 電 社 製 N e u -ropack8 を用い，右正中神経に感覚閾値の 3 倍， 0.3 Hz の頻度で電気刺激した。 注意課題は，1） 受動的注意課題（C 課題）：音楽を聴くのみで 課題が与えられないコントロール課題，2）能 動的注意課題（A 課題）：電気刺激の差異を答 えさせる持続的注意を要する課題，3）刺激後 にボタン押しをする課題（B 課題），4）自発的 に ボ タ ン を 押 さ せ る ボ タ ン 押 し 課 題 （ self-paced key- pushing paradigm; S 課題）である。 課題は 10 回施行し，1 回施行ごとに ERP 及び SSR を同時記録した。体性感覚事象関連電位 （ somatosensory event-related potential; SERP）
の記録電極は頭部 Cz に，基準電極は連結両耳 朶におき，SSR の記録電極は右手掌に，基準電 極は右手背においた。さらに，Cz のほかに手 の運動野（C3’，C4’； C3，C4 の 2 cm 前方） にも記録電極をおき，注意あるいはボタン押し を行う前の準備電位（readiness potential; RP） あるいは運動準備電位（movement related cor-tical potential; MRCP）を B，S 課題で同時記録 した。各注意課題における継時的 SERP と SSR の代表的波形を示す（図 8）。C，A，B 課題の 順で各波形とも慣性化（habituation）は抑制 され，とくに S 課題では振幅の減衰が認められ ない。次に，A 課題，B 課題，S 課題施行前に 出現する陰性電位を記録した（図 9）。A 課題， B 課題では左右対称性に緩徐電位が出現してい るのに対し，S 課題ではボタン押し側（左）の 対側（C4’）優位に陰性電位が出現している。 このことから A 課題，B 課題施行時に刺激前か ら出現する波形は次の刺激を期待することで得 られる準備様電位（RP）で，S 課題で出現した のは MRCP であることが確認された。したが って各課題施行時に出現する ERP は，A 課題， B 課題では，刺激を予知することで出現する SERP の P250 成分であり23），S 課題の場合は 図 7．文脈理論形成に影響する前頭葉損傷の側方性 効果（Aoyagi K, et al, 200518））
LLF; left-sided lesions/epileptic foci, RLF; right-sided lesions/epileptic foci
MRCP の成分である P+300 と考えられる。さら に，A，B，S 課題施行時に出現する P250・ P+300 振幅値と SSR 振幅値の相関を検討したと ころ有意に相関しており，中枢内電位と情動性 自立反応が coupling していることが判明した。 SSR には，top down と bottom up の SSR が存 在することが明らかとなった21）。したがって，
神経心理学的課題施行中に SSR を記録するこ とにより，情動と認知機能を客観的に評価する ことができるものと考えられる。
S S R の 臨 床 応 用 と し て 前 頭 葉 て ん か ん （frontal lobe epilepsy; FLE）児を対象とした検
討を行った。FLE 児は，発作間欠期にも多動， 衝動性，感情不安，さらに社会的判断の未熟性 が思春期前後で臨床上経験されることが少なく ない。このような観点から，FLE 児と中心・側 頭部に棘波を伴う良性部分てんかん（benign partial epilepsy centrotemporal spikes; BECT） を対象に，突発波出現時に能動的注意を要する 課題によって得られる SERP を経時的に記録し た。今回用いた能動的注意課題は，0.3 Hz の電 気刺激を 32 回ずつ右手関節部正中神経に与え， 「刺激の変化に積極的に注意を向け，あとで変 化した刺激の数を答えてもらいます。」と指示 図 8．各注意課題における経時的 SERP，MRCP，SSR の推移 （Aihara M, et al, 200321））
SERP; somatosensory event-related potential, MRCP; move-ment related cortical potential, SSR; sympathetic skin re-sponse
したものである。このような能動的注意課題を 行いながら，焦点性突発波をトリガ−に正中神 経に電気刺激を与え（図 10），その際 250 msec 前後に出現する陽性波（P250）の経時的変化 を検討した。 焦点性突発波をトリガ−する詳細な方法は， 文献を参照されたい24）。各ブロック（8 回の SERP 加算平均）の P250 の振幅の動揺と潜時 の jitter を観察すると，control SERP の P250 に 比較して trigger SERP の P250 振幅の減衰と潜 時の動揺が明らかに認められる（図 11 − A）。 BECT，10 歳，女児。左中心部の棘波をトリ ガ−として，同様の方法で得られた SERP を示 す（図 11 − B）。Trigger SERP の振幅と潜時の 動揺は，control SERP に比較しても変化がな いことが確認される。FLE の焦点性突発波は一 過性認知障害すなわち持続的な注意障害をもた らすことが判明し，FLE に認められる注意欠陥 /多動性障害（AD/HD）に類似した臨床症状 の生理学的根拠が確認された。 IV．前頭葉離断症候群における認知と 情動機能の乖離 脳における情報処理システムは，情動処理腹 側経路と認知処理背側経路の二重のシステム構 造になっており，両者の情報が相互作用する脳 領域は前頭葉と考えられている。前頭葉離断症 候群（前頭葉背外部への離断と前頭葉眼窩部へ の離断）である認知と感情機能の乖離症例を提 示する。2 症例の神経心理学的検査所見は，前 頭葉背外部への離断例（症例 1）では軽度の知 能障害と保続を認めたが，前頭葉眼窩部への離 断例（症例 2）では知能は正常で代表的な前頭 葉機能検査である WCST は好成績であったが 行為障害を認めた。これらの症例に対し誘発性 と覚醒性の 2 次元モデルで析出した視覚的情動 刺激による SSR を同時記録して検討した（図 12）25,26）。症例 1 は，生理的嫌悪や非道徳な誘 発性の低い画像に対し SSR はすべて出現して いたが，症例 2 は，画像の内容を正確に認知評 図 9．各注意課題における RP，MRCP RP; readiness potential, MRCP; movement related cortical potential
価が可能で正しく答えているにも関わらず，非 道徳な誘発性の低い画像に対し SSR はすべて 消失していた（図 13）27）。すなわち，認知とと もに身体反応が出現しないと，的確な判断や意 思決定ができないものと考えられる。情動は感 情を基礎づけている生理的身体過程であり，認 知的評価と結び合わされて情動は言語化可能な 感情になり，社会的ルール/文化，倫理等の思 考により，感情は社会的行動として表出される ものと考えられる28,29）。 図 11．棘波による SERP への影響 前頭葉てんかんでは，コントロール SERP に比して trigge-SERP の振幅と潜時の動揺が著明 であるが（A），中心・側頭部に棘波を伴う良性部分てんかんでは，コントロール SERP， trigge-SERP ともに振幅と潜時の動揺は認められず，安定した波形が得られた（B）． SERP; somatosensory event-related potential
V．結 語 情動は注意や認知過程の選択的絞込みに重要 な役割を果たしているものと思われる。ヒトの 社会的適応を保障する実行機能 （executive function）において，認知機能が文脈（context） を形成し，情動機能はバイアス（bias）として 関わることで意思決定がなされ，行為へと進展 するものと考えられる2,5,20,28）。 文 献 1） 堀 哲郎：脳と情動−感情のメカニズム．共立 出版，東京，1995．
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（青柳閣郎，ら，200522））
前頭葉眼窩部と扁桃体離断症例では，生理的不快画像に対して SSR は出現しているが（a），すべての社会的不快画像に対して SSR は認められなかった（b）．
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