精神医学のフロンティア：多チャンネル NIRS が示す PDD の表情処理過程における前頭前野の賦活反応性の低下
精 神 神 経 学雑 誌 第 115 巻 3 号（2013） 237 ₂₄₄237
頁

精神医学のフロンティア

多チャンネル近赤外線スペクトロスコピーが示す
広汎性発達障害の表情処理過程における前頭前野の賦活反応性の低下
中土井芳弘1,2），渡部幸奈2），細川麻衣3），住谷さつき2），大森哲郎2）

Yoshihiro Nakadoi, Yukina Watanabe, Mai Hosokawa, Satsuki Sumitani, Tetsuro Ohmori

広汎性発達障害（PDD）患者が情動喚起課題遂行中に，対照群と比較して異なった前頭前野活動性を示すか否かを近赤外線スペクトロスコピー（NIRS）を用いて評価した．PDD 患者 14 名と年齢，性別の一致した対照群 14 名を対象とし，日本人に標準的な表情画像を用いた恐怖表情処理
過程における NIRS 信号の変化パターンを検討した．局所脳血流変化の指標として酸素化ヘモグ
ロビン（oxyHb）と脱酸素化ヘモグロビン（deoxyHb）の濃度変化を用いた．その結果，前頭前野における oxyHb 変化量は，対照群と比べ PDD 群で有意に小さかった．本研究は，PDD 患者の表情認知の困難さの神経科学的基盤として，前頭前野の機能異常が存在することを NIRS によって示したものであり，NIRS が PDD の補助診断法となる可能性が示唆された．
＜索引用語：広汎性発達障害（PDD），近赤外線スペクトロスコピー（NIRS），
前頭前野（PFC），情動喚起課題＞

決定するのに役立っているとされている9）．一方，はじめに広汎性発達障害（pervasive developmental dis-

PDD に関する脳機能画像研究では，顔処理に関orders：PDD）は，相互的対人関係の障害およびして紡錘状回顔領域や扁桃の賦活反応性の低下が限局した行動と興味を特徴とする発達障害である 1）．

報告されている2,7,27）．また，恐れを含む表情認知

PDD の相互的対人関係の障害を最も反映するもでは，上前頭回，内側前頭回27），眼窩前頭前野2），のとして，非言語的なコミュニケーション合図で中前頭回24），下前頭回10）といった前頭皮質の機能ある表情の認知とそれへの反応の障害 が挙げら障害が報告されている．しかし，PDD における恐れる．

怖表情処理と前頭前野活動性の関連については十30）

健常者では，顔認知に対し紡錘状回顔領域を含分解明されていない．

んだ後頭側頭領域を活性化させるという報告が多前頭前野の活動性は近赤外線スペクトロスコ

くなされている14）．これらの領域は，表情や顔のピー（near infrared spectroscopy：NIRS）を用処理に関連している．この情報は，扁桃，前頭前

いて簡便に測定可能である．NIRS は波長が異な野に送られ，情動的意義を評価し，社会的行動をる 2 種類の近赤外光を用いて，血管内の酸素化ヘ著者所属：1）独立行政法人国立病院機構香川小児病院精神科，2）徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部精神医学分野，3）香川県発達障害者支援センターアルプスかがわ
本論文は，PCN 誌に掲載された最新の研究論文23）を編集委員会の依頼により，著者の 1 人が日本語で書き改め，その意
義と展望などにつき加筆したものである．

精 神 経 誌（2013）115 巻 3 号

238

モグロビン（oxygenated hemoglobin：oxyHb）と表1

PDD 群と対照群のプロフィール比較

脱酸素化ヘモグロビン（deoxygenated hemoglobin：deoxyHb）の吸光度の違いを反射光から測定
し，ベースラインからのそれぞれの濃度変化量を算出する方法である12）．これにより，非侵襲的に局所の脳血流量を検討することができる．NIRS
は他の脳機能画像法よりも比較的低コストで，非侵襲的に脳機能を測定できる点で優れており，さまざまな精神疾患の脳機能評価に用いられている．
我々の知る限り，PDD に関する 2 つの NIRS 研究がある．Kuwabara ら17）と Kawakubo ら15）は，
PDD において，oxyHb 変化に基づき，語流暢課
題における前頭前野の賦活反応性の低下を報告した．だが，恐怖表情提示といった情動課題を用いて PDD の前頭前野機能を評価した NIRS 研究は
まだない．

年齢（歳）
性別（男/女）教育年数（年）
利き手
全検査 IQ‡
言語性 IQ‡
動作性 IQ‡
推定 IQ＊
AQ 得点＊＊
状態不安得点＊＊＊
特性不安得点＊＊＊PDD 群（n＝14）

対照群（n＝14）

31.6±5.0
6/8
13.9±2.7
全員右利き
101.1±13.6
103.1±14.7
98.9±18.0

31.5±4.8
6/8
18.5±2.1
全員右利き

34.8±7.1
40.9±18.1
59.0±11.9

115.5±6.1
14.3±7.0
34.1±8.1
37.7±7.6

P＜0.01†

P＜0.01†
P＜0.01††t testWechsler Adult Intelligence Scale Revised or 3rd ed＊
推定 IQ：Estimated Intelligence Quotient（on Japanese
Adult Reading Test）＊＊
AQ：Autism Spectrum Quotient＊＊＊
STAI：State Trait Anxiety Inventory‡

本研究の目的は，NIRS を用いて，恐怖表情の自動的処理において PDD の前頭前野の賦活反応

電気けいれん療法の既往がないことを確認した．

性の低下がみられるかどうかを調べることであ

PDD 群に対しては，Wechsler Adult Intelligence

る．他の脳機能画像法や課題を用いた先行研究にScale 改訂版（WAIS R）もしくは 3 版（WAIS

基づいて，我々は，PDD 群では対照群と比較しⅢ）で全検査 IQ，言語性 IQ，動作性 IQ を評価して，前頭前野の賦活反応性の低下がみられると予た．一方，対照群に対しては，Japanese Adult

測した．

Reading Test
（JART）
を用いて推定 IQ（EstimatedIntelligence Quotient：EIQ）20）を評価した．またⅠ．研究の方法および結果すべての被験者に対し，状態特性不安を測定する

1．対象と方法

32）
State Trait Anxiety Inventory（STAI）と自閉

徳島大学病院精神科神経科外来・入院患者のう症的特性を測定する Autism Spectrum Quotient

ち，PDD と診断され，本研究参加の承諾が得られ

3,34）
（AQ）
を実施した．

た 14 名と，年齢・性別を一致させた対照群 14 人

被験者を静穏な部屋でコンピュータを設置したを対象とした（表 1）．PDD 患者は，熟練した 2 人

机の前に自然な姿勢で座らせ，測定を行った．

の精神科医によって，DSM IV TR に基づいて診NIRS 計測装置は，24 チャンネルの ETG 4000（日断された．対照群は大学生や病院職員，知人から

立メディコ製）を用い，局所脳血流変化の指標とリクルートされた．PDD 患者のうち 6 人は，抗うして oxyHb，deoxyHb を測定し，統制課題から賦つ薬，抗精神病薬，ベンゾジアゼピンなどの向精活課題にかけて得られた NIRS 信号の変化パター

神薬を服用していたが（表 2），統合失調症や感情ンを検討した．被験者の前頭前野領域を中心に左障害，不安障害の診断基準に当てはまらなかっ

右対称にプローブ（左右各 3×3）を装着し，プた．すべての被験者の利き手は Edinburgh Hand-

ローブの最前列が国際脳波電極の 10 20 システム

edness Inventory25）で評価され，全員右利きでの Fp1 Fp2 の線上に一致するように配置した．

あった．またどの被験者も，薬物やアルコールの

時間解像度は 0.1 秒に設定した．

依存・乱用歴，神経疾患，頭部外傷やてんかん，

課題に使用した画像には，日本人の標準的な表精神医学のフロンティア：多チャンネル NIRS が示す PDD の表情処理過程における前頭前野の賦活反応性の低下
表2Patient
Age
Sex
no.
（years）

239

PDD 患者データ

FSIQ＊

VIQ＊

PIQ

AQ

Subtype

Medication
No medication
Amoxapine 50 mg, Paroxetine 30 mg,
Etizolam 1.5 mg, Tofisopam 150 mg
Fluvoxamine 150 mg
No medication
Olanzapine 5 mg
Zopiclone 7.5 mg, Flunitrazepam 1 mg
Fluvoxamine 50 mg
Paroxetine 50 mg, Aripiprazole 12 mg
No medication
No medication
No medication
No medication
No medication
No medication

1
2

40
26

F
F

103
89

97
108

114
64

37
37

PDDNOS
Au

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

25
38
33
34
28
35
32
33
28
35
32
23

M
F
M
M
M
F
F
M
M
F
F
F

110
101
102
119
78
96
109
90
98
120
81
119

103
107
111
131
68
97
105
93
92
116
98
117

118
93
90
99
97
96
115
90
108
121
65
114

31
43
32
33
43
41
17
41
37
26
37
32

As
PDDNOS
Au
As
Au
Au
PDDNOSPDDNOSAu
PDDNOSAs
Au＊
Wechsler Adult Intelligence Scale Revised or 3rd ed
AQ：Autism Spectrum Quotient, As：Asperger disorder, Au：autistic disorder, FSIQ：Full Scale Intelligence
Quotient, PDD：pervasive developmental disorder, PDDNOS：pervasive developmental disorder not otherwise
specified, PIQ：Performance Intelligence Quotient, VIQ：Verbal Intelligence Quotient

情画像を集めた ATR 顔表情データベース13,21）か

定義し，それぞれの area の oxyHb，deoxyHb 濃ら，10 人のモデルの最も大きい強度の恐怖表情と度変化のピーク値を従属変数とし，diagnosis（対中立表情を用いた．

照群，PDD 群）
×area（area 1〜4）の二元配置分

賦活課題は 60 秒間実施し，恐怖表情を 2 秒ごと

散分析を行った．

にランダムに画面に表示し，被験者に男女判断をまた oxyHb，deoxyHb 変化量と年齢，教育年

求め，それぞれボタンを押してもらった．課題前数，全検査 IQ，言語性 IQ，動作性 IQ，AQ 得点，後の統制課題として，中立表情を 2 秒ごとにラン状態・特性不安得点との相関も調べた．

ダムに画面に表示し，同様に被験者に男女判断を統計解析には SPSS 18.0 for Windows を用いた．

求めた（前 30 秒間と後 70 秒間）．賦活課題につい

本研究は徳島大学病院臨床研究倫理審査委員会ては，Marumo ら の課題デザインを参考とした．

の承認を得た．各被験者には本研究の主旨を十分

19）

群間の行動データ（年齢，教育年数，AQ 得点，に説明し，書面にて同意を得た．

状態・特性不安得点）の比較には Student t test
を用いた．

2．結

果

NIRS データの解析には，前ベースラインのPDD 群では対照群より教育年数が有意に低く，20〜30 秒の平均値と後ベースラインの 10〜20 秒

AQ 得点，特性不安得点は有意に高かった（表 1）．

の平均値とを線形補正してベースラインとする

対照群と PDD 群で知的能力の測定方法に違いがを用いた．解析では，前頭前野あり，直接比較することはできないが，知的能力

integral modeを覆う 4 つの area（area 1：チャンネル 1，2，3，
4，6，8，area 2：チャンネル 5，7，9，10，11，
12，area 3：チャンネル 15，18，20，21，23，24，
area 4：チャンネル 13，14，16，17，19，22）をは対照群の方が高いと推定された．
対照群，PDD 群それぞれのヘモグロビン濃度の各チャンネルごとの平均波形を図 1 に示す．
oxyHb 変 化 量 は 二 元 配 置 分 散 分 析 の 結 果，精 神 経 誌（2013）115 巻 3 号

240
（a）

（b）

（c）
0.15 mmol/L・mm

60 s

Left

Right

Area 1
Area 2
Area 3
Area 4

図1（a）対照群（n＝14），（b）PDD 群（n＝14）における，各チャンネルごとのヘモグロビン濃度の平均波形を示す．赤線
が oxyHb，青線が deoxyHb，緑線が oxyHb の総和を示す totalHb である．赤の矢印は課題遂行期間を示す．（c）両側前頭部を覆うチャンネル部位を示す．左右半球の各 12 チャンネルで，oxyHb と deoxyHb のベースラインからの相対変化量を測定した．

diagnosis 間に有意差が示された（F＝11.44，d. f.＝

0.4

1，P＝0.001）．area 間には有意差が示されなかっれ な か っ た．oxyHb 変 化 量 に お い て，PDD 群（0.100±0.058 mmol/L・mm）は，対照群（0.152±0.100 mmol/L・mm）に比べ有意に小さいことが示された（図 2）．
deoxyHb 変化量は，diagnosis 間にも area 間にも有意差は示されなかった．
また PDD 群において，oxyHb 変化量と全検査
IQ（r＝ −0.561，P＝0.037）， 言 語 性 IQ（r＝ −0.761，P＝0.002）の間に負の相関を認めた．
Ⅱ．考察

1．PDD の表情処理過程について

oxyHb（mmol/L・mm）

た．diagnosis×area の交互作用には有意差が示さ

＊

0.3
0.2
0.1
0

−0.1

Control

PDD

図2
恐怖表情処理課題中における oxyHb 変化
量は，PDD 群では，対照群に比べ有意に小さかった．データは全 24 チャンネルの平均を示す（＊P＝0.001）．

我々が知る限り，これは PDD における情動課
題での前頭前野活性を評価した最初の NIRS 研究において，functional magnetic resonance imag-

である．本研究では PDD 群では対照群と比べ，

ing（fMRI）を用いて恐怖表情処理における前頭

恐怖表情の自動的処理過程において，前頭前野の部低活動性を報告した先行研究2,10,24,27）と一致して賦活反応性の低下が示された．この所見は，PDDいる．一方，PDD において表情識別課題中の前頭精神医学のフロンティア：多チャンネル NIRS が示す PDD の表情処理過程における前頭前野の賦活反応性の低下

241

前野の活性化を報告した研究8）がある．しかしそやし性別に関する検討を十分行うことが重要と思の研究には低年齢，低知能の被検者が含まれておわれる．

り，年齢や IQ が結果に影響した可能性が考えら

本研究では表情の表出者と解読者との人種の違いが検査結果に及ぼす影響を回避するための工夫れる．
本研究の結果から 3 つの解釈が考えられる．第として，日本人の被験者に対し ATR データベー

一に PDD は顔認知がうまくできないかもしれな

ス よ り 標 準 的 な 日 本 人 の 表 情 画 像13）を 用 い，い．本研究では検討しなかったが，PDD において

Marumo ら19）の課題デザインを参考として情動課

顔認知の遂行困難が報告されている30）．また，題を作成した．

PDD における fMRI 研究では，顔の自動的処理過程において，顔認知に重要な役割を果たすと考え

2．IQ と不安の影響についてられている紡錘状回顔領域の賦活反応性の低下が

PDD 群において，oxyHb 変化量と全検査 IQ・報告されている7）．第二に PDD は，恐怖表情刺激

言語性 IQ の間に負の相関を認めた．前頭葉の活に対して正常な反応ができないかもしれない．本

動性と知的能力の関係は知られていないが，PDD

研究では検討しなかったが，PDD における fMRI

患者の知的能力が高いほど，前頭前野の賦活反応研究では，恐怖表情提示において，情動反応に重性の低下がみられた．このことから，対照群と比要な役割を果たすと考えられている扁桃の賦活反較して PDD 群の IQ が低いということが，PDD 群

応性の低下が報告されているにおける前頭前野の賦活反応性の低下をきたして．第三に本研究2,27）

でみられた前頭前野における oxyHb 変化量の減いる可能性を否定できる．

少は，PDD における前頭部低活動性を反映して

PDD では，相互的対人関係の障害および限局いるかもしれない．これまで PDD では，視空間した行動と興味を特徴とすることから知的機能の性ワーキングメモリ，運動抑制課題，視覚運動制

ば ら つ き が み ら れ る こ と が 多 く， 本 研 究 で は御課題，メンタライジング，心の理論，語流暢課

PDD 群と対照群の間で IQ を一致させることが困

題で前頭前野の賦活反応性の低下が報告されてい難であった．これは PDD 研究に伴う問題である．
PDD 群では，対照群と比べ特性不安得点が有る6,11,18,22,28,29,31）．
本研究では，前頭前野内の活動性低下部位の局意に高かったが，状態不安得点は有意差が示され在性について検出できなかった．fMRI を用いた

なかった．PDD 患者は対照群と比べ不安を感じ

PDD における恐怖表情の自動的処理過程に関すやすい特性をもつが，今回の実験場面では不安のる 2 つの先行研究

は，前頭葉において異なった

程 度 は 高 く な か っ た こ と を 示 し て い る． ま た

賦活反応部位を報告したが，本研究とは方法論のPDD において oxyHb 変化量と特性不安得点との違いがある．

間で相関はなく，特性不安得点が高いことが前頭

2,27）

サ ン プ ル 数 が 小 さ い た め に 本 研 究 で は，

葉低反応性と関連するわけではない．

Marumo ら が NIRS を用いて健常群で示した前疾患群における検査に対する非特異的な不安が頭前野の賦活反応性の性差を検討することはでき

検査結果に及ぼす影響を回避するための工夫としなかった．PDD に対して情動表情を用いて前頭て，検査結果に影響を与えない範囲で，検査導入

前野の賦活反応性の性差を検討した先行研究はな

にあたって不安を軽減するように丁寧な説明を心いが，Beacher らは心的回転課題を用いた fMRI

がけた．また，検査の負担を軽減するために，研研究で，アスペルガー症候群の男性と比較し，女究デザインをできる限りシンプルなものに絞った．

19）

4）

性では中前頭回における賦活反応性が有意に小さいことを報告している．PDD の有病率における3．結果の解釈の留意点

明らかな性差を考慮し，今後さらに被験者数を増

本研究の結果は慎重に解釈する必要がある．

精 神 経 誌（2013）115 巻 3 号

242

PDD 診断は熟練した 2 人の精神科医によって，影響については報告がないが，本研究の PDD 群

DSM IV TR に基づき，全例に対し幼少時からのでは 2 人のみ服用し，クロルプロマジン換算 300

生育歴を注意深く聴取し，複数の心理検査を組みmg/日と少なかった．

合わせ実施することで行われた．しかし，PDDNOS

また本研究では課題遂行データを検討できず，には自閉症スペクトラム障害以外の病態を含むリ

課題遂行の様子で群間に明らかな違いはみられな

スクが大きいという批判が強くある．今日，欧米かったが，PDD 群があまり課題に集中していなの生物学的研究では，自閉症スペクトラム障害のかった可能性を否定できなかった．

標準的な診断ツールとして，Autism Diagnostic

要約すると，対照群に比べ PDD 群では，恐怖Interview Revised（ADI R）や Autism Diagnos-

表情の自動的処理中の前頭前野における oxyHb

tic Observation Schedule（ADOS）などの標準化変化量の有意な低下を認めた．この結果より，された尺度が広く用いられているが，2012 年 10

PDD における恐怖表情処理中の前頭前野の機能

月現在，わが国ではまだ邦訳されておらず，使用異常が示唆された．

が困難な状態にある．
また AQ のカットオフ値は 33 点34）
（栗田らは 30

おわりに点を提唱 ）であるが，今回の研究の対象には，―本論文の意義と今後の展望―

AQ29 点以下の被験者が 2 例含まれている．しか

本研究は，PDD 患者の表情認知の困難さの神

し AQ は診断ツールではなく，自閉症傾向を調べ

経科学的基盤として，前頭前野の機能異常が存在

16）

るスクリーニング用ツールであり，この 2 例につすることを NIRS によって示したものである．近いても前述の方法により PDD の診断基準を満た年，発達障害への関心の高まりもあり，PDD が疑すことを確認した．

われる成人例の受診者が増加している．発達障害

NIRS は oxyHb，deoxyHb のベースラインからの診断においては，発達歴を注意深く聴取し，発の変化量しか測定できない．今回の結果は，元々達期の行動特性を把握し，その意味付けをするこ

PDD 群において oxyHb 濃度が高かったという可とが不可欠であるが，成人の場合，当時の養育者

能性もある．だが，single photon emission com-から幼少期の聞き取りを行うのは非常に困難であputed tomography 研究では，対照群と比べ PDD

り，臨床現場で簡易に使用できる生物学的指標が群で定常状態における低灌流が報告されてい

望まれている．本研究の結果は，NIRS が PDD のる ．また NIRS は空間分解能が低い．これは前補助診断法となる可能性を示唆しており，その臨

頭前野内の活動性低下部位の局在性が判明しな

床的意義は高いと考えられる．

33）

かった一要因と考えられるかもしれない．

一方，前頭前野の機能異常が PDD に起因する

さらに，薬物が本研究の結果に影響しているか

一次的なものなのか，扁桃や紡錘状回の機能異常もしれない．本研究ではサンプルサイズが少なに関連する二次的なものなのかは，今回の研究か

く，薬物治療群と非薬物治療群の比較ができならはわからなかった．今後は，扁桃や紡錘状回とかった．Brühl は抗うつ薬を服用している健常群の機能的結合を検討するために functional con-が，情動課題中において前頭前野賦活性を高めた

nectivity MRI といった別の手法が必要となるかと報告した5）．我々の PDD 群の何人かは抗うつ薬もしれない．

を服用していたが，前頭前野の賦活反応性の低下を認めた．Paulus は，fMRI を用いて，抗不安薬を内服している健常群は，前頭前野の blood oxygenation level dependent signal を変化させなかったと報告した26）．情動課題中の抗精神病薬の文

献1）American Psychiatric Association：Diagnostic
and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th ed., text
revision. American Psychiatric Press, Washington, D. C.,

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