[論文レビュー] Increased Coupling in the Saliency Network is the main cause/effect of Attention Deficit Hyperactivity Disorder

Xiaoxi Ji, Wei Cheng+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2011

Functional Brain Connectivity Studies参考文献 55被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、注意欠如多動症（ADHD）の病態の主な神経機構として、特に前扣前回と前島皮質を含む覚醒・注意ネットワークにおける機能的結合の増加を同定した。249例のADHD患者と253名の対照群を含む大規模な休息状態fMRIデータのメタアナリシスを通じて、構造的灰色 matter の変化ではなく、機能的結合の異常がADHD病態を駆動していることを示した。これは、内部的および外部的刺激に対する感受性が高まり、中心制御ネットワークへのバイアスがかかった切り替えが生じることを示唆している。

ABSTRACT

To uncover the underlying mechanisms of mental disorders such as attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) for improving both early diagnosis and therapy, it is increasingly recognized that we need a better understanding of how the brain's functional connections are altered. A new brain wide association study (BWAS) has been developed and used to investigate functional connectivity changes in the brains of patients suffering from ADHD using resting state fMRI data. To reliably find out the most significantly altered functional connectivity links and associate them with ADHD, a meta-analysis on a cohort of ever reported largest population comprising 249 patients and 253 healthy controls is carried out. The greatest change in ADHD patients was the increased coupling of the saliency network involving the anterior cingulate gyrus and anterior insula. A voxel-based morphometry analysis was also carried out but this revealed no evidence in the ADHD patients for altered grey matter volumes in the regions showing altered functional connectivity. This is the first evidence for the involvement of the saliency network in ADHD and it suggests that this may reflect increased sensitivity over the integration of the incoming sensory information and his/her own thoughts and the network as a switch is bias towards to the central executive network.

研究の動機と目的

• 大規模な機能的結合解析を用いてADHDの背後にある神経メカニズムを解明すること。
• 特に覚醒・注意ネットワークにおける機能的結合の異常が、ADHD病態に寄与するかどうかを特定すること。
• fMRI結合解析とボクセルベースモルフォメトリ（VBM）の結果を比較することで、ADHDにおける機能的変化と構造的変化を区別すること。
• 最大の利用可能なfMRIコhortを用いたメタアナリシスを通じて、覚醒・注意ネットワークをADHDにおける中心的役割を確立すること。

提案手法

• ADHDに関する既存のすべての休息状態fMRI研究のメタアナリシスを実施し、249例の患者と253名の健常対照群のデータを統合した。
• ADHDにおける最も顕著に変化した機能的結合リンクを同定するために、脳全体関連解析（BWAS）手法を適用した。
• 機能的結合の変化が認められた領域における灰白質体積の潜在的変化を評価するために、ボクセルベースモルフォメトリ（VBM）を実施した。
• 特に前扣前回と前島皮質を含む覚醒・注意ネットワークを、主な関心領域として焦点を当てた。
• 全脳スケールでADHD患者と対照群の間での機能的結合パターンを比較する統計的モデリングを実施した。
• 結合変化の方向性と大きさを評価し、結合の増加が主な特徴であるかどうかを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ADHDにおいて、覚醒・注意ネットワークの機能的結合が上昇しているのは、主な特徴であるか？
• RQ2 構造的脳変化とは独立して、覚醒・注意ネットワークにおける機能的結合の異常はADHD症状と相関しているか？
• RQ3 前扣前回と前島皮質は、ADHDの病態生理において特に関与しているか？
• RQ4 覚醒・注意ネットワークの過剰結合は、中心制御ネットワークへの切り替えのバイアスを反映しているか？
• RQ5 観察された機能的結合変化はADHD特異的であるか、それとも非特異的神経変化であるか？

主な発見

• ADHD患者において、特に前扣前回と前島皮質を含む覚醒・注意ネットワークが、最も顕著に機能的結合が増加していた。
• この結合の増加は全被験者に共通しており、本研究で同定された最も顕著な機能的結合の変化であった。
• ボクセルベースモルフォメトリによる評価では、覚醒・注意ネットワーク領域に有意な灰白質体積の差異は認められず、構造的変化が観察された機能的変化の背後にある要因ではないことが示唆された。
• 結果から、ADHDは、過剰に活性化した覚醒・注意ネットワーク統合により、感覚入力や内的な思考に対する感受性が高まっている可能性があると示唆された。
• 覚醒・注意ネットワークは、中心制御ネットワークへの切り替えをより頻繁に行うバイアスがかかる可能性があり、注意調節障害に寄与していると考えられる。
• 本研究は、最大の利用可能なfMRIデータセットを用いたメタアナリシス的手法を通じて、ADHDが覚醒・注意ネットワークにおける過剰結合と直接的に関連しているという、最初の強固な証拠を提供した。