運動による神経変化: 機能的 MRI 研究

精神障害は長期障害の主な原因であり、死亡の直接的な原因となっており、世界中で毎年約 80 万人が自殺で死亡しており、その大部分は大うつ病性障害 (MDD) が原因です。 近年、神経可塑性がこの疾患の病態生理学において中心的な役割を果たしている可能性があることが発見され、MDD に関する知識が拡大しました。 この文脈における神経可塑性とは、脳の変化する能力を指すため、精神障害に対する戦略を構築するための前提となる可能性があります。

神経可塑性の最もよく特徴付けられ、最も研究されている例は、学習と運動の基礎となる分子および細胞の適応です。 運動には認知力が向上し、抗うつ効果があり、また磁気共鳴画像法（MRI）で測定したところ、脳の構造にプラスの効果があることがわかっています。 さらに、高齢者を対象とした研究では、有酸素運動能力の向上により神経を保護し、脳の構造と機能を強化できることが示されています。 頭頂部および前頭部の脳領域の灰白質体積の増加と、それに対応する白質線維の拡散率の増加が、バランス課題のトレーニングを開始してから 2 週間後には早くも見られました。

一方、実験研究では、ストレスや高レベルのグルココルチコイドへの慢性的な曝露がうつ病のような状態を引き起こすことが判明しました。 これらの状態には、学習、記憶、気分の調節に関与する側頭葉の脳領域である成人の海馬のニューロンの萎縮と喪失が伴っていました。 グルココルチコイドへの脳の過剰な曝露によって生じる海馬の損傷は、グルココルチコイドによる視床下部-下垂体-副腎(HPA)軸のフィードバック阻害の障害を引き起こし、軸の無制限の放出を引き起こします-「グルココルチコイドカスケード仮説」。 したがって、長期にわたるストレス、つまり過剰なアロスタティック負荷は有害であり、おそらく認知症を媒介するプロセスにおいて重要であると考えられます。 環境の変化に対処するには効率的なストレス反応が必要であり、ストレス反応を停止させる能力は恒常性を取り戻す上で最も重要です。 うつ病患者は、コルチゾール分泌の緊張が比較的高く、コルチゾール分泌の日内分泌パターンが鈍化しており、これは海馬における調節フィードバックが不十分であることを反映している。 逆に、覚醒時コルチゾールストレス反応（CAR）の上昇は、慢性的にストレスを感じている人、うつ病の人、またはうつ病や双極性障害から寛解している人、および後にうつ病を発症する青少年に見られます。

興味深いことに、研究者らは、うつ病患者が慢性疾患の経過をたどると、記憶と感情の調節に関与する脳領域である海馬の構造変化がより顕著になることを発見した。 最近、遺伝的リスク対立遺伝子（SLC6A4、5-HTTLPR）も保有するMDD患者の海馬体積は、遺伝的無視または感情的無視の病歴がある患者の場合、遺伝的無視または感情的無視のみの患者に比べて小さいことが発見された。危険因子は別に。 神経イメージングの文脈では、微細構造の変化や差異を特徴付けるための重要な前進である拡散テンソル イメージング (DTI) は非常に興味深いものです。 研究者らは、高角度分解能の拡散画像を用いて、MDD患者の影響を受けていない健康な一親等の血縁者は、前頭前野と側頭頭頂部の脳領域の間の線維結合が強いことを発見し、後にうつ病を発症することなく、人生初期の逆境の発生率を管理していることを発見した。接続。 この一連の研究は、脳の構造的および機能的変化が疾患の発現前にすでに存在しており、これらの変化が個人の脆弱性に関連しているようであることを示唆しています。

したがって、これらの脳の変化を防ぎ、ストレス機能を正常化し、個人の回復力を高めることは、大きなストレス関連の精神障害を防ぐための将来の大きな課題です。 脳の適応能力は、個人をうつ病から守るために回復力を高めることが可能である可能性を示唆しています。 運動と学習に加えて、認知行動療法 (CBT) と矯正プログラムは、うつ病や統合失調症などの明らかな障害を持つ患者の脳の構造と機能に影響を与えることが示されており、特に CBT と運動や学習を組み合わせると、ほとんどの症状が改善される可能性があります。顕著な成果。 CBT では神経可塑性脳の変化が報告されています。 たとえば、うつ病に対する行動活性化療法（ポジティブな刺激への関与を高め、回避行動を減らすように設計された心理療法）では、帯状回傍回、右眼窩前頭皮質、右前頭極などの前頭前構造の活性化が低下し、症状が悪化したうつ病が改善されました。 16人のMDD患者における16週間のCBT中に、扁桃体海馬活動の上昇は減少し、ACC活動の低下は増加した。 最近のレビューでは、背外側前頭前野、頭頂皮質、後頭葉皮質などの複数の領域における脳の活性化に関するさまざまな研究にわたる短時間の作業記憶トレーニングの効果が強調されています。 興味深いことに、サイクリングは統合失調症患者と健康な比較対象者の両方で海馬の体積を増加させることが示されており、運動をしていない患者グループでは変化がありません。 これは、CBT と運動が統合失調症や MDD などの状態からの脳システムの回復に影響を与える可能性があることを示唆しています。

回復力プログラムの効果は、脳の特定の領域を接続する白質線維束の構造に関する情報を取得することは可能ですが、神経画像ではこれまで研究されていませんでした。 レジリエンス（ストレスの多い状況に対処する能力）を促進する心理学的構造には、感情を調整し、適応的な社会的行動を発達させる能力に加えて、コミットメント、忍耐、楽観主義、自尊心が含まれます。 これらの特性は脳の認知と感情の相互作用に関係しており、これが回復力のある表現型ではなく病理学的な表現型の出現の重要な決定要因であると考えられます。 認知と感情の相互作用とその機能的な脳の接続は、機能的 MRI を使用して研究できます。 興味深いことに、機能的 MRI を使用すると、MDD 患者には感情処理と認知処理の間に偏りが存在することが示されました。

目的:

現在の提案の目的は、病院で日常の通常の仕事ストレスにさらされている健康で影響を受けていない人々の回復力を刺激するために、20週間にわたる広範な回復力プログラムを実施することである。 研究者らは、行動、日内コルチゾール分泌リズムとストレス反応、微細構造および機能的神経変化を調べることによって、このプログラムの有効性を測定する予定である。

仮説:

「レジリエンス」プログラムは、

1. 気分の安定性が向上し、睡眠の質が向上し、生活の質が向上します。
2. 海馬および前帯状皮質の体積の増加
3. 前頭脳領域と辺縁系脳領域の間の機能的接続の増加。
4. 分数異方性 (FA) の増加。これは、辺縁系と前頭脳領域の間の白質線維の機能の尺度です。
5. コルチゾールの日内分泌の勾配の増加。コルチゾールの覚醒反応によって測定されるストレス反応の減少

方法と材料 参加者 40 人の健康なボランティア。ダブリンのアデレード・アンド・ミース病院（AMiNCH）からスタッフを採用します。 彼らには、神経疾患、精神疾患（軸 I および軸 II）、または慢性内臓疾患の病歴はありません。 すべての参加者に対するさらなる除外基準は、意識喪失を伴う以前の頭部外傷である。 さらに、彼らはフィットネスクラブの会員になったり、日常的な激しい活動をしたりすることはありません。 40人の健康なボランティアは、20週間の「レジリエンス」プログラムにランダムに割り当てられ、理学療法士の監督下で週に2回45分間の運動と2回の自宅セッションを受ける。または、このプログラムのない対照群に、45分間の運動/ジョギングのさらに2つのセッションを毎週完了させます。 臨床評価は毎週行われます。 神経画像検査と唾液中コルチゾール覚醒検査は、レジリエンスプログラム群（N=20）と対照群（N=20）の両方について、ベースライン時と20週間後に実施される。

臨床評価 DSM 障害 (SCID)-I および II に対する NEO-FFI 性格質問表および構造化臨床面接は、精神障害の既往または現在の精神障害を除外するために最初に実施されます。 気分は、ベースラインではハミルトンうつ病評価スケール (HDRS)、ハミルトン不安評価スケール (HAM-A)、およびベックうつ病インベントリ (BDI) を使用して評価され、その後は隔週で評価されます。 さらに、現在の生活上のストレス要因は、ケラーらに従って実施されるインタビューで評価されます。毎週;生活の質 (Study-Short Form 36-Item Health Survey (SF-36、QoL-Bref) およびピッツバーグ睡眠の質指数 (PSQI) も隔週で実施されます。 幼少期のストレスは、小児期外傷質問票 (CTQ) を使用して評価されます。 NEO-FFI 性格アンケートと SCID-I および II も含めて一度実施されます。 利き手はエディンバラの在庫によって決定されます。

神経画像技術 MRI 画像は、トリニティ カレッジ神経科学研究所 (TCIN) にある 3.0 テスラ MRI (Phillips Achieva) を使用して取得されます。 MRI は 60 分間のイメージングプロトコルを使用して実行されます。

拡散テンソル イメージング (DTI): In vivo DTI は、SENSE 並列イメージング スキーム (SENSivitiy Encoding) を使用したシングルショット エコー プラナー イメージング (EPI) シーケンスを使用して取得されます。 拡散重み付けは 61 の独立した方向でエンコードされます。 ExploreDTI プログラムで前処理した後、ExploreDTI を使用したトラクトグラフィーと TBSS を使用したトラクトベースの空間統計 (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/tbss/index.html、 FSL）が実施されます。 私たちはこれらの技術を使用して分析を実行した経験があります (25)。

機能的 MRI: 感情調節システムの機能的変化を特定するために、fMRI パラダイムを適用します。 Echo Planar Imaging (EPI)、T2* 強調グラディエントエコー イメージングを使用して、BOLD コントラストを視覚化します (TR 2000 ms、TE 30 ms、フリップ角 90°、マトリックス 80 x 80、FOV 224 x 224 x 150 mm) 、解像度: 3.5 x 3.5 mm、スライス厚さ: 3.5 mm)。 私たちの研究室で十分に確立されている認知感情抑制タスクが使用されます。 参加者は、感情的または認知的な方法で視覚的感情刺激を処理するように求められます。 このタスクは、前頭前皮質、扁桃体、帯状回、眼窩前頭皮質、つまり MDD の病態生理学に関与する領域の活動を誘発することが知られているため、特に選ばれています。 SPM8 ベースの標準分析、機能的接続性分析 (33)、心理生理学的相互作用 (PPI) 分析が行われます。

構造技術: さらに、目的は、あらゆる構造変化を追跡し、この分野における最近の発見を確認および拡張することです。 したがって、すべての被験者は T1 強調 3D-MPRAGE シーケンス (繰り返し時間、8.5 ミリ秒、エコー時間、3.5 ミリ秒、総取得時間、7 分 30 秒、取得数、1、視野、250 x) でスキャンされます。 256 x 160 mm、解像度: 0.86x0.86x0.86 んん）。 私たちの研究室で以前に行われたように、海馬と扁桃体の関心領域（ROI）分析と最適化されたボクセルベースの形態計測（VBM）がデータ分析に使用されます。

唾液コルチゾールサンプル これらは、参加被験者によって連続する 2 つの平日または営業日に収集されます。 被験者は起床時と30分、45分、60分、90分後に小さなプラスチックのチューブに唾を吐きました。そして夕方（起床後12時間後）と就寝直前。 サンプルは参加者が家庭用冷蔵庫に保管し、準備した封筒に入れて研究センターにまとめて郵送することができます。

サンプルサイズの計算 研究者らはこれまでに多数の縦断画像研究を実施してきた。 これらの経験に基づいて、有意な効果を得るには各グループの被験者 20 名で十分であるはずです。通常、認知感情タスクでは 0.2% ～ 0.3% 程度の信号変化が見られるか、少なくとも 5% の微細構造変化が見られるはずです。構造的 MRI または DTI で。 したがって、20 人の被験者がいれば、その効果は検出可能であるはずです。