[論文レビュー] Amygdala and insula contributions to dorsal-ventral pathway integration in the prosodic neural network

David I. Leitman, Chris J. Edgar+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2016

Phonetics and Phonology Research参考文献 23被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、縦隔（発話運動・発音）と腹側（感情的プロソディの認識）経路を統合する神経ネットワーク内における扁桃体および島下回溝の重要な役割を示している。マグネトエンセファログラフィー（MEG）と拡散MRIを用いて、扁桃体-皮質間の動的機能的結合、扁桃体からSTG/IFGへの腹側経路を介した直接的構造的経路、および感情的プロソディを発話計画システムに統合する可能性を示す、扁桃体-島下回溝間の強固な機能的・構造的結合を明らかにした。

ABSTRACT

Speech prosody enables communication of emotional intentions via modulation of vocal intonations. Reciprocal interactions between superior temporal (STG) and inferior frontal gyri (IFG) have been shown to anchor a neural network for prosodic comprehension, which we refer to as the Prosody Neural Network (PNN). Although the amygdala is critical for socio-emotional processing, its integral functional and structural role in processing social information from speech prosody as well as its role in the PNN is largely unexplored including inconsistent recent empirical findings. Here, we used magnetoencephalography and diffusion magnetic resonance imaging of white-matter pathways to establish that the PNN is characterized by (1) a robust amygdala-cortical functional connectivity that dynamically evolves as prosodic interpretation progresses, (2) direct structural fiber connections between amygdala and STG/IFG traversing a ventral white-matter pathway, and (3) robust amygdala-insula functional connectivity and structural insula fiber projections to arcuate STG-IFG connections. These findings support a role for functional and structural amygdala-centric ventral pathways in combining speech features to form prosodic percepts. They also highlight insula contributions to prosodic comprehension, potentially via vertical integration of amygdala-centric ventral processing into dorsal pathways responsible for prosodic motor articulation and speech planning.

研究の動機と目的

• 感情的プロソディ処理における扁桃体の機能的および構造的役割を、プロソディ神経ネットワーク（PNN）内ですっきりと明らかにすること。
• 扁桃体と主要なプロソディ領域（STGおよびIFG）を結ぶ直接的な白質経路の存在とその意義を調査すること。
• 島下回溝が、扁桃体による感情処理と、発話の運動的および発音的システムを統合する役割を果たすかを検討すること。
• 過去の研究で報告された扁桃体がプロソディ処理に関与するという実証的結果の不一致を解消すること。

提案手法

• 発話理解タスク中に、扁桃体、島下回溝、STG、IFG間の動的機能的結合を測定するためにマグネトエンセファログラフィー（MEG）を用いた。
• 扁桃体からSTGおよびIFGへの腹側経路を介した白質構造的経路をマップするために拡散磁気共鳴画像法（dMRI）を用いた。
• 時間経過に伴う機能的結合パターンを分析し、発話解釈中に扁桃体-皮質相互作用がどのように変化するかを評価した。
• 島下回溝から弓状束への神経線維束のマッピングを行い、島下回溝が縦隔経路の成分（STG-IFG結合）とどのように関連しているかを確認した。
• 神経画像データを統合して、感情的プロソディが発話運動系にどのように腹側経路で統合されるかを検証する仮説を検証した。
• 高度な画像処理およびトラクトグラフィー技術を適用して、皮質下-皮質間結合を同定および検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 発話理解中に、扁桃体は皮質領域と動的機能的結合を示すか。また、その結合は時間経過とともにどのように変化するか。
• RQ2 扁桃体と上側 temporale gyre（STG）および下側前頭回（IFG）を結ぶ直接的な白質経路が存在するか。
• RQ3 島下回溝は、扁桃体による感情的処理と、発音のための縦隔経路系をどのように結びつけるか。
• RQ4 扁桃体、島下回溝、および縦隔・腹側経路のハブ間の機能的および構造的結合は、どのように発話認識を支援するか。
• RQ5 島下回溝は、感情的プロソディを運動計画ネットワークに統合する垂直的統合器として、どの程度の役割を果たすか。

主な発見

• 発話解釈中に、扁桃体はSTGおよびIFGと強固で時間経過に伴う機能的結合を示しており、PNNへの動的統合を示している。
• 腹側白質経路を通じて、扁桃体とSTGおよびIFGを結ぶ直接的な構造的線維束が同定され、感情的プロソディ処理の構造的基盤を支持している。
• 島下回溝は、扁桃体と強い機能的結合を示しており、感情的感受性統合の役割を果たしている可能性がある。
• 島下回溝から弓状束への構造的投射が確認され、島下回溝の処理が発話計画のための縦隔経路系と結びついていることが示された。
• 本研究の結果は、扁桃体と島下回溝が感情的プロソディを発話運動および発音系に統合する腹側経路を形成するというモデルを支持している。
• 本研究は、過去の扁桃体機能に関する不一致を解消する神経解剖学的および機能的証拠を提供し、プロソディ処理における二重経路統合モデルを裏付けた。