一次内受容性および外受容性皮質の注意調節

Attentional Modulation of Primary Interoceptive and Exteroceptive Cortices
Farb, Norman AS and Segal, Zindel V and Anderson, Adam K
Cerebral cortex, vol.23, pp.114-126, 2012

どのように外受容性注意(EA)が外界の神経表現を変化させるのかはよく特徴付けられているが,内受容性注意(IA)がどのように体の内部状態の神経表現を変えるかについてはほとんど知られていない.我々は呼吸に向けたIAに対する視覚的なEAを比較した.視覚的EAは一次視覚野,外線条皮質,及び外側前頭頭頂の「実行」ネットワークを調節した.対照的に,呼吸に向けたIAは,一次の内受容性皮質と関連している呼吸頻度に影響を受ける後部島領域,及び海馬,楔前部,および中帯状皮質を含む後部辺縁及び内側頭頂ネットワークを調節した.EAとIAネットワークをさらに区別し,注意依存性結合分析は,EAは下頭頂小葉と視床pulvinarの視覚皮質の接続性を強化した一方,IAは内受容的求心性を支持する層状I脊髄視床皮質経路の中継である後部内側腹側視床との島の結合を高めた.後部島と前部島との間の強い結合性にも関わらず,島の解剖学的区画は,その前後軸に沿ったIAからEAへの動員勾配を明らかにした.これらの結果は,異なるネットワークがEAとIAを支持する可能性があることを示唆している.さらに,前部島は純粋な身体認識の領域ではないが,感情的経験のための潜在的な基礎として外界表現と身体の内部状態とを結びつけるかもしれない.

多変量タスクベースの機能的脳イメージングにより明らかにされた類推の個人差

Individual differences in analogical reasoning revealed by multivariate task-based functional brain imaging
Hammer, Rubi and Paul, Erick J and Hillman, Charles H and Kramer, Arthur F and Cohen, Neal J and Barbey, Aron K NeuroImage, vol. 184, pp. 993-1004, 2019
類推(AR)は,より高いレベルの認識において中心的な役割を果たし,知的能力における個人差の主な原因となっているが,ARの個人差を説明する神経メカニズムは依然として十分に特徴付けられていない.ここでは,多変量fMRI解析(単純なマルチカーネル学習マシン)を使用して,大きなサンプル(n=229)内のARの個人差を調査した.個々のAR能力は前頭前野実行ネットワークと視覚空間ネットワークにおける賦活レベルと正の相関があった.特に,これらのネットワーク内のARの個人差の最良の予測因子は,背外側前頭前野(反応選択)および舌状回(視覚特徴マッピング)における活性化であった.対照的に,AR機能はデフォルトモードネットワークでの賦活と負の相関があった.報告された調査結果の意味は2つある.一つ目は,ARの個人差は,それぞれの寄与が個人の認知スキルに左右される複数の執行および視覚空間脳領域に依存する.2つ目は,ARの個人差に関連する脳領域は,関連するタスク要求に敏感な脳領域(すなわち,グループレベルでの類似関係の複雑さに敏感な脳領域)と部分的にしか重ならない.我々は,より高レベルの認知プロセスの基礎となる脳の構造の例として,ARを支持するそのような脳の組織化の意味を議論する.

安静時脳の変化が導く瞑想に基づいたレジリエンスの即時的,持続的な肯定的効果

The Immediate and Sustained Positive Effects of Meditation on Resilience Are Mediated by Changes in the Resting Brain
Kwak, Seoyeon and Lee, Tae Young and Jung, Wi Hoon and Hur, Ji-Won and Bae, Dahye and Hwang, Wu Jeong and Cho, Kang Ik K and Lim, Kyung-Ok and Kim, So-Yeon and Park, Hye Yoon and others
Frontiers in human neuroscience, vol.13, 2019

最近の研究はストレス耐性に対する瞑想効果の維持を調査しているが,根底にある神経機構はまだ調査されていない.本研究では,脳機能の変化と瞑想がマインドフルネスと回復力に及ぼす長期的な影響を調査するために4日間の瞑想介入について制御された実験を行った.瞑想実践の30 人の参加者と対照群の17 人の参加者は,ベースライン時と介入後にMRI スキャンを受け,ベースライン時に認知とマインドフルネススケール(CAMS)とレジリエンス検定(RQT)を計測した.介入および3ヶ月のフォローアップへのすべての参加者が介入後にCAMSおよびRQT スコアの増加を示したが,瞑想群のみが3ヶ月後に増強を持続した.左吻側前帯状回皮質(rACC)と背内側前頭前皮質(dmPFC),角膜前,および角回(rsFC)の安静時機能的連結性はコントロール群と比較して瞑想群で介入後に有意に増加した. rACC-dmPFC やrsFC の変化は,CAMS とRQT スコアの変化の間の関係を媒介し,介入直後と介入後3ヶ月の両方でRQT スコアの変化と相関していた.本研究者の知見は,瞑想によるrACC-dmPFC rs FC の増加が持続的なレジリエンスの即時の増強を引き起こすことを示唆する,レジリエンスは様々な精神障害の予防効果に関連していることが知られているので,ストレス関連の神経機構の改善は高い臨床的リスクのある個人にとって有益であるかもしれない.

カラーウェーブレット特徴と畳み込みニューラルネットワーク特徴の融合を用いたビデオ内視鏡検査における 自動胃腸ポリープ検出システム

An Automatic Gastrointestinal Polyp Detection System in Video Endoscopy Using Fusion of Color Wavelet and Convolutional Neural Network Features
Mustain Billah, Sajjad Waheed, and Mohammad Motiur Rahman
International Journal of Biomedical Imaging 2017, pp.1-9 , Published 14 August 2017
“消化管ポリープはほとんどの場合,癌発生の前兆と考えられている.したがってポリープの早期発見と早期切 除は癌の可能性を低減させることが可能である.ビデオ内視鏡検査は,消化管ポリープに最もよく使用される診 断法である.しかし,それは内視鏡医のオペレータ操作に依存するため,人的要因がポリープの誤検出を招く可 能性がある.ポリープ検出におけるコンピュータ支援は,ポリープの誤検出率を低下させ,医師が注意を払うべ き最も重要な領域を見つけるのを助けることが可能である.本稿では,胃腸ポリープ検出の支援として自動シス テムを提案した.本システムは,内視鏡ビデオからビデオストリームをキャプチャし,その出力に識別されたポ リープを表示する.ビデオフレームのカラーウェーブレット(CW)特徴および畳み込みニューラルネットワーク(CNN)特徴は,線形サポートベクトルマシン(SVM)に学習させるために抽出され組み合わされる.公共の標 準的なデータベースを用いた評価は,98.65 %の精度,98.79 %の感度,および 98.52 %の特異度を得,提案シス テムが最先端の方法よりも優れていることを示した.”

条件付き敵対生成ネットワークによる顔の老化

Face aging with conditional generative adversarial networks
Antipov, Grigory and Baccouche, Moez and Dugelay, Jean-Luc
2017 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP),Pages 187-194, 17-20 September 2017

近年,敵対生成ネットワークである GAN が視覚的にかなり忠実な,模造の画像を生み出すことが可能であると 示されている.この研究では顔を自動的に老化させるための,GAN に基づいた手法を提案する.顔の特性を変え るために GAN を採用した以前の研究とは対照的に,私たちは特に男女共に顔の老化において元となる人物の独自 性を保持することに重点を置いている.この目的を達成するために,私たちは独自性の保存,つまり GAN の固有 ベクトルの最適化のための新たな手法を導入する.最先端の顔認識と年齢推定によって,結果として生じる老化 した顔画像と若返りした顔画像の客観的評価は,提案された手法の高い可能性を示している.

小児期発症性統合失調症におけるワーキングメモリ課題中の脳の活性化と機能的結合の低下

Reduced Functional Brain Activation and Connectivity During a Working Memory Task in Childhood-Onset Schizophrenia
Frances F. Loeb, BA, Xueping Zhou, MHS, Kirsten E.S. Craddock, BS, Lorie Shora, MS, Diane D. Broadnax, MSW, Peter Gochman, MA, Liv S. Clasen, PhD, Francois M. Lalonde, PhD, Rebecca A. Berman, PhD, Karen F. Berman, MD, Judith L. Rapoport, MD, Siyuan Liu, PhD
Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry, Volume 57,Issue 3: Pages 166-174, March 2018

“【目的】
ワーキングメモリの不足は統合失調症で一貫して報告され,機能的帰結の結果に関連している.成人発症性統合失調症の機能的磁気共鳴画像法における研究では,WMネットワークにおける活性化および機能的結合の低下が報告されているが小児期発症性統合失調症(childhood-onset schizophrenia : COS)における機能的磁気共鳴画像法を用いたWMの調査は行われていない.
本研究の目的はCOSのワーキングメモリについて調査することである.
【方法】
3TのMRI内でCOS患者32名 (21.3 ± 1.1歳),COS患者の非精神病兄弟30名 (19.4 ± 0.8歳),健常者39名 (20.0 ± 0.7歳)に対して1-back,2-backのタスクを行なった.COS(17.9 ± 7.4歳)の若年患者23名の別グループは,標準的な訓練を2回完了した後で作業を行うことができず,この報告書には含まれていない.
【結果】
COS患者は全てのtaskで健常者よりも有意に低い成績を示した.
COS患者は,背外側前頭前皮質,後頭頂葉皮質,小脳および尾状核における活性化が有意に低く,前頭前頭皮質および皮質線条体の機能的結合性が健常者と比較して有意に低かった(p<.05,corrected).兄弟姉妹は統合失調症患者と健常者の中間的な活性化と機能的結合を有していた.(p < .05, corrected). また患者では,左後頭部ネットワークにおける機能的結合強度は,1-back課題中の正確なスコアと正の相関を示した (p = .0023, corrected). 【結論】 COS患者のWMネットワークにおける活性化および機能的結合の低下は,成人発症統合失調症との病態生理的連続性を示唆する. 患者の参加率と成績が低いことから,COS疾患の重症度が強調される.低活性化と低結合性は,COS患者の兄弟によって共有され,COSが潜在的なエンドフェノタイプであることを示唆している."

安静時の脳の接続性とそれに続く作業記憶課題による行動成績の予測

Brain connectivity during resting state and subsequent working memory task predicts behavioural performance
Sala-Llonch, R., Pena-Gomez, C., Arenaza-Urquijo, E. M., Vidal-Pieiro, D., Bargallo, N., Junque, C., Bartres-Faz, D.
Cortex, Vol.48, No.9, pp.1187-1196, 2012

任意の認知プロセスの間に同時に活性化された脳領域は機能的に接続されており、大規模ネットワークを形成している。これらの機能ネットワークは、賦活状態(fMRIのタスク時)また、デフォルトモードネットワーク(DMN)が最も広く研究されているシステムである受動状態(fMRIの安静時)においても調べることができる。 DMNの役割は不明確なままですが、安静時と集中的注意処理の間の移行の原因となることが知られている。以前の経験に関連してその順応性についてのいくつかの証拠もある。ここで我々はfMRIのコンテキスト内でメモリ負荷のレベルを上げながらnバックタスクを使用することにより、16人の健康な若い被験者における脳の接続パターンを調査した。このワーキングメモリ(WM)タスクの前に、参加者は短縮されたテストバージョンでfMRIの外で訓練された。その直後に、彼らは安静状態とそれに続く完全なn-backテストを受けてfMRIデータを取得した。我々は、最も過酷なn-back状態(3-back)の間にDMNとWMネットワーク内の固有の相関度が最大であることを観察した。さらに、両方の条件下で2つのネットワーク間でより強い負の相関を示す個体は、より良好な行動成績を示した。興味深いことに、以前、8つの異なる静止状態ネットワークが識別されているという事実にもかかわらず、n-backタスクの前のDMNの後内側部分(楔前部)内の接続性のみがWM実行を予測した。 fMRI分析のためのデータ駆動型確率的アプローチを用いた我々の結果は、行動成績とDMN、WMネットワーク間の負の相関度合いとの間の直接的な関係の最初の証拠を提供する。それらはさらに、差し迫った認知課題に対する予想状況において、後内側頭頂皮質におけるより高い安静時活動が注意準備リソースの増加に関連しているかもしれないことを示唆している。

負荷関連の脳活性化は9~12歳の青年における空間ワーキングメモリのパフォーマンスを予測し,低年齢における実行機能と関連する

Load-related brain activation predicts spatial working memory performance in youth aged 9-12 and is associated with executive function at earlier ages
Huang, Anna S and Klein, Daniel N and Leung, Hoi-Chung Developmental cognitive neuroscience, vol.17, pp.1-9, 2016.

空間ワーキングメモリは,脳機能の主要な変化および解剖学と関連して青年期を通し成熟する中心的認知過程である.ここでは,この重要な移行期間中のパフォーマンスの変動性の神経相関をより詳しく調べるために,幼児期後半および青年期早期に焦点を当てた.fMRI研究において2つの記憶負荷条件をを持つ改良された空間1-backタスクを使用し,9歳から12歳までの39人の青年の被験者における負荷に依存した神経反応とタスクパフォーマンスの関係を調べた.我々のデータは,タスクパフォーマンスの被験者間の違いは腹側前帯状皮質(vACC)と後部帯状皮質(PCC)を含むデフォルトネットワーク領域で負荷依存的な失活によって予測されたことを明らかにした.前頭前野と後頭頂領域における活性化の負荷依存的な増加はパフォーマンスとの弱い相関関係しかないが,前頭前頭-頭頂カップリングの増加はパフォーマンスの向上と関連していた.さらに,3歳という早い時期からの実行機能の行動尺度は,vACCおよびPCCにおける現在の負荷依存性の失活を予測した.これらの知見は,空間ワーキングメモリ中のタスクポジティブおよびタスクネガティブの両方の脳活性化が,幼児期後期/青年期早期におけるタスクパフォーマンスの成功に寄与したことを示唆している.これは,発達障害における実行管理の欠陥を研究するための良いモデルとして役立つかもしれない.

感情予測中の前頭前野の脳連結性および活性化の光学的マッピング

Optical mapping of prefrontal brain connectivity and activation during emotion anticipation
Wang, Meng-Yun and Lu, Feng-Mei and Hu, Zhishan and Zhang, Juan and Yuan, Zhen Behavioural brain research, vol.350, pp.122 128, 2018

蓄積された神経画像は,背側外側前頭前野(dlPFC)が感情予測中に活性化されることを示した.この研究の目 的は,機能的近赤外分光法(fNIRS)を用いて,dlPFC におけるポジティブ,ニュートラル,ネガティブな感情予 測の間の脳の結合性と活性化の違いを調べることである.血行力学的反応は,様々な感情予測課題の遂行中に,最 初にすべての対象について評価された.それからスモールワールド分析が実行された.そこでは,クラスタリング 係数.平均経路長,平均ノード次数,およびスモールワールド指数の尺度を含むスモールワールドネットワーク 指標が,ポジティブ、ニュートラルに関連する機能的脳ネットワークについて計算された.我々は,ネガティブお よびニュートラルな感情予測と比較して,ポジティブなものが左dlPFCにおいて増強された脳活性化を示す ことを発見した. 3 つの感情予測事例の機能的脳ネットワークは,クラスタリング係数,平均経路長,平均ノー ド次数,およびスモールワールドインデックスの尺度に関するスモールワールド特性を明らかにしたが、ポジティ ブのものはニュートラル,ネガティブなケースより有意に高いクラスタリング係数およびより短い平均パスを示 した.その結果,dlPPC のスモールワールドネットワーク指標と脳活性化は,ポジティブ,ニュートラル,ネガ ティブな感情予測をうまく区別することができた.

我々はいつ他者と神経同期に陥るのか

When do we fall in neural synchrony with others?
K. Lu and N. Hao
Social cognitive and affective neuroscience, vol. 14, no. 3, pp. 253-261, 2019.

この研究は,対人間の脳の同期(IBS)が共同作業中に発生する状況を調査することを目的とし,新規の機能的近赤外分光法(fNIRS)ベースのハイパースキャニングパラダイムを開発することによりその軌跡を経時的に検証した.参加者は,メンバーの2人が実際の参加者で,1人は共謀者である3人のグループで共同作業をするように指示された.実際の参加者と共謀者の2者間と比較して,実際の参加者の組み合わせでは,より良い協力行動と両側の背外側前頭前野間のIBSが示された.また,IBSと協力は,実際の参加者の組み合わせでは時間の経過とともに増加した一方で,共謀者との2者間では低く一定のままであった.これらの知見は,IBSが共同作業中に対人相互作用に従事している個人間で発生し,その間にIBSと協調的な対人相互作用が時間とともに増加する傾向があることを示している.