特集

福田･他：先進医療「うつ症状の光トポグラフィー検査」

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特集 当事者に届く生物学的精神医学研究：バイオマーカーを用いた精神疾患の客観的補助診断法の開発

先進医療「うつ症状の光トポグラフィー検査」
福田

正人，三國雅彦

近赤外線スペクトロスコピィ（near‑infrared spectroscopy：NIRS）は，「自然な状態の被検者の大脳皮質機能を，非侵襲的で簡便に全体として，時間経過に沿って捉える検査」であり，心理現象・精神現象の脳機能の検討に適している．NIRS のこうした特徴を生かして，精神疾患における前頭葉機能の特徴を捉える研究が，日本を中心に発表されてきている．言語流暢性課題を用いて前頭葉の賦活反応性を検討すると，うつ病においてはその減少が，双極性障害においてはその遅延が，統合失調症においてはその非効率化が明らかになる．これらの所見に基づき，
NIRS は「うつ症状の鑑別診断補助」として 2009年に精神医療分野における初めての先進医療として承認を受け，精神疾患のための臨床検査の第一歩となった．精神疾患の研究において用いられているさまざまな指標が実用化されることで，当事者中心の医療が推進されることが期待される．
索引用語：近赤外線スペクトロスコピィ（NIRS），光トポグラフィー，精神疾患，心理現象，先進医療

自然な状態の脳機能と近赤外線スペクトロスコピィ（NIRS)

れば，fMRI などでは捉えにくい結果が得られる可能性がある．動物における社会性の脳機能につ

1) 自然な状態の脳機能研究の重要性

いては，そうした自然な状況で研究の重要性が注

心理現象や精神症状は，脳機能により担われて目されている ．

いる．その解明に用いられる脳機能画像検査法のfMRI などは大規模な装置で，被検者はガントリ

2) 近赤外線スペクトロスコピィ（NIRS）

ーに仰臥位となり検査を受ける．したがって得ら

Near‑infrared spectroscopy（NIRS）とは，れる結果には，検査室という特殊な環境，騒音や近赤外光を用いて生体のヘモグロビン濃度を計測

それを防ぐ装具の着用，仰臥位という姿勢など，し，それにより局所の血液量を推定し，測定部位

被検者が日常生活とは異なる状況と状態に置かれの機能を検討する方法論である．日本語では，た影響が含まれると考えられる．

「近赤外（線）スペクトロスコピィ」「近赤外分光

日常経験から類推すると，そうした影響は視覚法」などとされることが多い．

や聴覚などの遠感覚や注意や記憶などの認知機能

近赤外光は生体をある程度は通過し，ヘモグロについては比 的少なく，体性感覚や味覚などのビンにより吸収されやすい特徴がある．頭部につ近感覚や情動や意欲などの情意機能については大いて散乱光を利用すると，頭表から 2〜3cm のきいと予想できる．心理現象や精神症状は情意の範囲の血液量（近似的には血流量）の変化が測定機能と関連が深いので，その脳機能を検討する際できるので，頭皮や頭蓋骨の血液量が一定の場合に自然で日常生活に近い状況と状態で検査ができには，大脳皮質活動の変化を捉えられる．その原

著者所属：群馬大学大学院医学系研究科神経精神医学

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理と応用は，『NIRS の基礎と臨床』 にまとめら

で脳回程度であるという短所がある．これらは近れている．
「光トポグラフィー」検査は，頭部用赤外光の散乱光を用いているという測定原理にもNIRS の保険収載検査名であり，脳外科手術前のとづく限界である．したがって NIRS は，心臓言語優位半球同定やてんかん焦点計測を目的としについての心電図や超音波検査のように，機能のて保険適応が認められている（670点）．NIRS全体的な状態を表わす指標と位置づけるのが適切を含めて，光を利用して脳機能を測定する方法論である．

を「光脳機能イメージング」と総称する．

一方，自然な姿勢で検査が行える，発声や運動を行いながら検査ができるという NIRS の特徴

NIRS で得られるデータの特徴は，被検者の苦痛が少ないというだけでなく，脳1) NIRS で得られるデータ機能測定にとって本質的な意味がある．先に述べ

NIRS で得られるデータは，近赤外光が生体内たように，精神機能のうちとくに情意の機能や，を通過した距離（光路長）と通過部位におけるヘ精神疾患における抑うつ気分・不安・幻覚などのモグロビン濃度の積である（光路長濃度積）．光

自覚症状（体験症状）は，検査の際の姿勢や動き

路長には個人間や同一個体の部位間で 25％程度により大きな影響を受けると予想できる．日常生までの差がありうるが，それをほぼ一定と仮定し活に近い自然な状況で検査を行うことのできるて簡便にヘモグロビン濃度と略称することが多く，

NIRS は，こうした情意の機能や自覚症状の脳機酸素化ヘモグロビン濃度（［oxy‑Hb］）と脱酸素

能 を 検 討 す る た め に 適 し て い る（real‑world化ヘモグロビン濃度（［deoxy‑Hb］），および両．
neuroimaging）

者 を 合 計 し た 総 ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度（［total‑

このように，NIRS は「自然な状態の被検者のHb］）が測定できる．最も敏感なパラメータとし大脳皮質機能の賦活反応性を，非侵襲的で簡便にて［oxy‑Hb］を用いることが多い．

全体として，しかも時間経過に沿って捉えることこれらのデータは，近赤外光の入射ファイバとができる検査」とまとめることができ，データの検出ファイバの間隔を 3cm 程度とした場合には，厳密性や定量性についての限界を踏まえた利用や両者を結ぶバナナ形状の領域の平均値を示す．頭

結果の解釈が望ましい．NIRS 測定に用いられて皮や頭蓋骨の血液量が変化しない場合には，およいるレーザあるいは発光ダイオードによる近赤外そ大脳皮質におけるヘモグロビン濃度の変化を反光は，曇天時の太陽光の 1 3程度のエネルギーで映 す る の で，そ の 部 位 の 脳 血 液 量（cerebralあり，長時間や反復しての検査でも安全性に問題

blood volume：CBV）変化の指標であり，脳血はない．本稿で述べる精神疾患への NIRS の応流量（cerebral blood ﬂow：CBF）変化の近似と用については，『精神疾患と NIRS』 に詳しい．

な る．fMRI の BOLD 信 号 が お も に 細 静 脈 のdeoxy‑Hb を反映するとされているのに対して，精神疾患の前頭葉機能NIRS のデータはおもに毛細血管のヘモグロビン

1) 精神疾患についての NIRS 研究の現状を反映するとされる．

NIRS の精神疾患への臨床応用について，2011
年 9月中旬までに発表された英文原著論文は 86

2) NIRS データの特徴編で，統合失調症やうつ病についての論文が多い．

装置が小型で安価なことは，NIRS の実用面で多チャンネル装置の商品化で日本が先行したことの利点である．得られるデータの特徴について，を背景にして日本からの論文が 2 3近くを占め，NIRS を fM RI などの他の脳機能画像法と比す

日本人研究者の活躍が目立つ．精神疾患の病因・ると，測定の対象が大脳皮質のみで深部脳構造の病態において重要と考えられている前頭葉についデータが得られない，空間分解能がおよそ 2cmて検討を行い，精神疾患におけるその機能低下を特集

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疲れ果ててしまうことに対応するのかもしれない．
同じうつ状態であっても，うつ病とは脳の仕組みが異なるようである．
統合失調症では，前頭葉の脳血流が増加するタイミングが良くない．課題の最中には脳血流の増加が少なめなのに，課題が終わった後に再度増加を示す．前頭葉を働かせる必要がある時には働かせ方が不十分で，その必要がなくなった時にかえ
図 1 精神疾患における前頭葉機能の賦活反応性の模式図
健常者においては，賦活反応性は課題遂行に応じて明瞭．
うつ病においては，賦活反応性が課題初期には認められるが，それ以降は小さい．双極性障害においては，賦活反応性の大きさは保たれるが，時間的に遅延．統合失調症においては，賦活反応性の課題遂行のタイミングとの対応が不良で非効率．って働いてしまうということである．脳の働かせ方の効率が良くない．
このように各疾患の前頭葉機能の特徴が明瞭となったのは，座位という自然な姿勢でしかも発語という出力を行いながら検査をできたこと，またその際の前頭葉機能の特徴を秒単位で時間経過に沿って検討できたことによるもので，NIRS の特示した報告が多い ．

徴を生かした結果と言えよう．

2) うつ病・双極性障害・統合失調症の NIRS
所見

精神医療における実用化
1) 個別データの判別の試み

著者は，多施設共同プロジェクト「心の健康に上記の結果は各疾患についての群平均データの光トポグラフィー検査を応用する会」で，精神疾特徴であるが，個別のデータについての解析によ患についての NIRS 応用研究を進めてきた．前りどの程度の特徴が抽出できるかを試みた．具体

頭葉や側頭葉のさまざまな機能を総合的に検討で的には，前頭前野背外側面にほぼ対応する前頭部きる言語流暢性課題を用いることで，うつ病・双11チャンネルの平均波形について，課題区間に極性障害・統合失調症のそれぞれに特徴的な前頭おける［oxy‑Hb］増加の累積（積分値）と課題葉の賦活反応性を明らかにすることができた．

開始前〜課題終了後の区間における［oxy‑Hb］

図式的にまとめると，精神疾患における前頭葉増加の時間軸上の中心位置（重心値）の 2パラメ機能の賦活反応性として，うつ病における減衰，ータを自動抽出し，その組み合わせにより，波形双極性障害における遅延，統合失調症における非パターンを 5分類する，という手順である．

効率という特徴が指摘できた

（図 1）
．

2つのパラメータのうち，積分値は脳賦活の大うつ病では，前頭葉の脳血流の増加が健康な方きさを表わす指標である．光路長の個人差や部位より小さい．つまり，言語流暢性課題で脳を活性差があるため，チャンネル間の平均波形を求める化しようとしても，前頭葉が十分に働いてくれなことや個人間で比 することは望ましくないとさい．趣味が楽しめない，料理を美味く感じないなれるので，それを含んだ 1つの近似値としての指どのうつ病の中心的な症状（気分の反応性の低標と考えている．もう 1つの重心値は，脳賦活の下）に対応する脳の仕組みを示すと考えられる．

タイミングを表わす指標であり，時間分解能が高双極性障害では，前頭葉の脳血流が増加するの

い NIRS の特徴を生かした指標である．この 2が遅れて，ピークが後ろにずれる．前頭葉の働き指標を用いて波形を 5パターンに分類すると（図が，いわばスロー・スターターである．仕事を進2左下），その平均波形は視察で認める特徴を再めるうちにのめりこんで過熱したり，その挙句に現できた（図 2上）．この 5パターンは疾患ごと

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図 2 NIRS データの特徴量に基づく分類と疾患ごとの分布に異なる分布を示し，個別データについてもあるった．先進医療とは，高度な医療技術を研究と診程度の特徴を捉えられることが明らかとなった療の中間として位置づけ，保険収載について検討（図 2右下）．

するための制度である．2011年末の時点で 13施

こうしたパラメータの自動抽出に基づく解析に設が承認を得ており，検査料は 13,000円程度がおいては，①複数チャンネルを平均した波形に基多い．先進医療の詳細については，『NIRS 波形

づくもので，チャンネルごとの波形の相違を考慮の臨床判読』 にまとめた．

していない，②上記の 2つのパラメータ以外の特

この先進医療の承認については，Nature 誌が徴を考慮していないなどがあるため，視察判定をニュースとして報道し（Feature News 欄，Na-併用することで疾患ごとの特徴をより捉えやすく，臨床への導入は時期
ture, 469 ; 148‑149, 2011）なる．

尚 早 と の コ メ ン ト を 掲 載 し た（Editorial 欄，．コメントは，先進医療
Nature,469 ; 132,2011）

2) 先進医療「うつ症状の鑑別診断補助」の目的や実施法について一定の評価をしたうえで，これらの結果をもとに，精神疾患への NIRS多症例での再現性の確認が十分でない点と臨床応の応用は，2009年 4月に「光トポグラフィー検用についてのコンセンサスが得られていない点を査を用いたうつ症状の鑑別診断補助」として厚生批判したものである．この批判は残念ながら「将労働省から先進医療の承認を受けた．気分障害や来的な保険導入のための評価を行う」という先進統合失調症によると考えられるうつ状態について，医療の趣旨を誤解したもので，この検査が保険診鑑別診断のための補助検査として認められたもの

療として広く行われているかのように理解してので，精神医療分野としては初めての先進医療とな判断であったと考えられる．

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また，この先進医療で用いている課題で前額部じように，当事者自身が診断や治療により能動的から得られる NIRS データのほとんどが皮膚血で主体的に取組むことが可能となるのである．さ流の寄与によるとする指摘がある ．精神疾患でらに将来的には，一般の人々のストレス・マネジ認められる NIRS データの特徴に，自律神経系メントにも利用できるようになれば，心の健康増の変化に基づく皮膚血流の変化が含まれることを進やさまざまな精神疾患の発症予防にも有用とな示す指摘である．ただ，NIRS データと臨床症状り，多くの人々にとって役立つ検査となっていくとの相関が測定部位に応じて異なったり，類似のことが期待できる．

課題でも群間差が得られる部位が異なることなどは，皮膚血流の寄与のみでは説明しにくい点である．一般的に，複数の認知課題について fM RIと NIRS のデータに良好な相関を認めることから，NIRS データの一定部分は脳活動を反映していると考えられている ．

脳機能測定における NIRS の意義
以上，精神疾患の診断や治療に NIRS を応用する取組みを紹介した．
NIRS は，測定の対象が大脳皮質のみで深部脳構造のデータが得られない，空間分解能が低い，光路長の影響があるという短所の一方で，時間分当事者中心の医療を推進するための臨床検査解能が高く自然な状態で検査ができるという長所

現状の医療では，精神疾患の診断・治療のためをもつ方法論である．こうした特徴は得られるデに臨床検査を用いることはできない．しかし，精ータの質を規定しており，NIRS は脳機能を自然神疾患の医療を今後より発展させていくために，な状態で測定し，その全体的な状態をおおまかに精神疾患を診断し，重症度を測定し，治療法を選表わす指標である．こうしたデータの厳密性や定択し，治療効果を評価し，再発可能性を予測し，量性についての限界を踏まえたうえで，「自然なさらには発症予防に利用できるような臨床検査を状態の脳機能の測定」という特徴を生かした利用確立することは重要な課題である．この精神医療とデータ解釈が望まれる．

における臨床検査の確立は，医療スタッフが診断NIRS だけでなく，精神疾患についての研究とや治療を確実に行うために有用なだけでなく，患して行われているさまざまな生物学的指標が診療者・家族が自らの医療の中心となっていくためににおいて実用化され，診断・治療の向上と当事者も重要である．

中心の医療の実現に貢献することが期待される ．

そのことは，身体疾患の例を考えてみるとわかりやすい．例えば高血圧患者は，自宅に家庭用の文献血圧計を備えていることが多い．自分で血圧を測（おもに書籍を紹介しましたので，原著論文および NIRS定することで，病院に出向かない日でも自己の病研究の共同研究者は書籍の引用文献をご参照ください）

状を把握できるし，減塩に努め，運動に励み，また降圧薬服用を忘れないためなど，治療への動機づけと勇気づけとしている．血圧計という検査装置があることで，患者自身が治療の中心となることが可能となっているのである．
同じようにして，もし NIRS 装置を数チャン

1）Cui,X.,Bray,S.,Bryant,D.M .,et al.: A quantitative comparison of NIRS and fM RI across multiple
cognitive tasks. Neuroimage, 54; 2808‑2821, 20112）Dieler,A.C.,Tupak,S.V.,Fallgatater,A.J.: Functional near‑infrared spectroscopy for the assessment ofspeech related tasks. Brain Lang, 121; 90‑109, 20123）藤井直敬 : つながる脳．NTT 出版，東京，2009

ネルに小型化・低価格化できれば，患者自身が自4）福田正人編 : 精神疾患と NIRS―光トポグラフィ宅で病状やストレスを自己モニタリングしたり，ー検査による脳機能イメージング．中山書店，東京，2009

認知療法など自らが取り組める治療の効果を確認

5）福田正人監修 : NIRS 波形の臨床判読―先進医療することができるようになる．高血圧の場合と同「うつ症状の光トポグラフィー検査」ガイドブック．中山Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

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書店，東京，2011

schizophrenia : cognitive brain activation study. Biol

6）Kameyama,M .,Fukuda,M .,Yamagishi,Y.,etPsychiatry, 55; 501‑511, 2004

al.: Frontal lobe function in bipolar disorder: a multi-10）Takahashi, T., Takikawa,Y.,Kawagoe,R.,etchannel near‑infrared spectroscopy study.Neuroimage,al.: Inﬂuence of skin blood ﬂow on near‑infrared

29 ; 172‑184, 2006

spectroscopy signals measured on the forehead during a7）三國雅彦，福田正人，功刀浩 : 精神疾患診断のための脳形態・機能検査法．新興医学出版社，東京，2012
8）酒谷薫編 : NIRS―基礎と臨床．新興医学出版社，東京，2012verbal ﬂuency task. Neuroimage, 57; 991‑1002, 201111）Takizawa,R.,Kasai,K.,Kawakubo,Y.,et al.:Reduced frontopolar activation during verbal ﬂuency
task in schizophrenia : a multi‑channel near‑infrared9）Suto, T., Fukuda, M ., Ito, M ., et al.: M ulti-spectroscopy study. Schizophr Res, 99 ; 250‑262, 2008

channel near‑infrared spectroscopy in depression andClinical Application of Near‑infrared Spectroscopy (NIRS) in Psychiatry:the Advanced Medical Technology for Diﬀerential Diagnosis of Depressive State

Masato FUKUDA, M asahiko MIKUNIDepartment of Psychiatry and Neuroscience, Graduate School of Medicine, Gunma University

Near‑infrared spectroscopy（NIRS）is a functional neuroimaging technique that has
been increasingly employed in psychology and psychiatry. Because NIRS can detect only
cerebral cortex reactivities with low spatial resolution and may suﬀer from contaminatingsignals from skin and skull,its data should be interpreted as a global index of cerebral cortex
reactivities. Within these limitations, the advantages of NIRS over fMRI such as complete
non‑invasiveness, small measurement apparatus,high time resolution,and natural examination setting makes it the preferred method in studies of brain substrates of subjective feelingof sleepiness and fatigue,personality,conversation,and psychiatric disorders. Two‑thirds ofthe original articles on NIRS application in psychiatry have been published by Japaneseresearchers. NIRS examination of psychiatric disorders using a verbal ﬂuency task of only
three minutes demonstrated their characteristics of frontal lobe function : depression wascharacterized bysmaller activation,bipolar depression bycomparable but delayed activation,and schizophrenia by reduced activation followed by re‑activation during the post‑taskperiod. These characteristics can also be identiﬁed in individual NIRS data using two
automatically calculated parameters. Based on these results,NIRS application in psychiatry
has been approved as one of the Advanced Medical Technologies in 2009 as an aid for
diﬀerential diagnosis of depressive symptoms. A lack of clinical laboratory tests fordiagnosis and treatment has been one of the major diﬃculties for reliable diagnosis,quantitative treatment assessment, and prevention of psychiatric disorders; NIRS may be the ﬁrst
step toward such clinical laboratory tests in psychiatry.

Authorsʼabstract