精神医学のフロンティア

さまざまな精神疾患における中脳辺縁系回路の特徴的変化
中村優子1,2），石田卓也1,3），小池進介1,2,4）

Yuko Nakamura, Takuya Ishida, Shinsuke Koike

近年の研究から，さまざまな精神疾患が，中脳辺縁系ドパミン関連回路の変化と関連していることがわかってきた．しかし，この神経回路において，統合失調症（SCZ），大うつ病（MDD），自閉スペクトラム症（ASD）に共通する変化や疾患特異的な変化はまだ検討されていない．そこで本研究では，中脳辺縁系回路における疾患共通の，もしくは疾患特異的な特徴を検討する．本研究では 555 名の被験者が参加した〔SCZ 群 140 名（女性45.0％），MDD 群 127 名（44.9％），ASD 群 119 名（15.1％），健 常 対 照 群 169 名（34.9％）〕．参加者全員が機能的磁気共鳴画像法による安静時脳機能計測（rs—fMRI）を実施した．推定された安静時脳機能結合（effective connectivity）を群間で比較するために，パラメトリック経験的ベイズアプローチ（parametric empirical Bayes approach）を使用した．腹側被蓋野（VTA），側坐核（NAc）の shell 部と core 部，内側前頭前皮質（mPFC）を関心領域（ROI）と設定し，これらの ROI を含む中脳辺縁系ドパミン関連回路内の安静時脳機能結合を，これらの精神疾患群間で動的因果関係モデル解析（DCManalysis）により比較，検討した．興奮性の shell—to—core 結合は，健常対照群よりもすべての患者群で大きかった．抑制性の shell—to—VTA および shell—to—mPFC 結合は，ASD群で健常対照群，MDD 群，SCZ 群よりも大きかった．さらに，VTA—to—core および VTA—
to—shell の結合は，ASD 群では興奮性であったが，健常対照群，MDD 群，SCZ 群では抑制性であった．本研究結果から，中脳辺縁系ドパミン関連回路におけるシグナル伝達障害は，さまざまな精神疾患の神経病態に関連する可能性が示唆された．これらの知見は，各疾患に特有の神経回路の障害に対する理解を深め，疾患特異的な治療法の開発に貢献することが期待される．

索引用語

自閉スペクトラム症，大うつ病，統合失調症，中脳辺縁系回路，動的因果関係モデリング（DCM）

著者所属：1）東京大学大学院総合文化研究科進化認知科学研究センター，Center for Evolutionary Cognitive Sciences, Graduate School of Art andSciences, University of Tokyo 2）東京大学心の多様性と適応の連携研究機構，University of Tokyo Institute for Diversity & Adaptationof Human Mind（UTIDAHM） 3）和歌山県立医科大学神経精神科，Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Wakayama
Medical University 4）東京大学国際高等研究所ニューロインテリジェンス国際研究機構，International Research Center for Neurointelligence（WPI‒IRCN）, Institutes for Advanced Study（UTIAS）, University of Tokyo
本論文は PCN 誌に掲載された最新の研究論文24）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．
doi：10.57369/pnj.24-029
精神神経学雑誌

第 126 巻 第 3 号（2024） 171—176 頁

171MDD と双極性障害の安静時脳機能結合が低かったが，は じ め にVTA‒NAc の安静時脳機能結合には疾患群で違いがみられなかった23）．そこで，本研究では，VTA，NAc の core と中脳辺縁系ドパミン関連回路は，腹側被蓋野（ventralshell，内側 PFC（medial prefrontal cortex：mPFC）を関

tegmental area：VTA） を 起 点 と し， 側 坐 核（nucleus

心領域（region of interest：ROI）として，動的因果モデ

accumbens：NAc）や前頭前皮質（prefrontal cortex：

リング解析（dynamic casual modeling analysis：DCMP F C） な ど の さ ま ざ ま な 脳 領 域 と つ な が っ て いanalysis）により，さまざまな精神疾患（MDD，ASD，3,10,13,16,18,28,30,35,37）

る．VTA と NAc は双方向的な神経結合SCZ）と健常対照群（healthy controls：HC）における中．NAc は解剖学的にも機能的にも shell と core の脳辺縁系回路の詳細な相違点や類似点を検討するために3,9）をもつ

2）

2 つのサブ領域に分かれており ，それぞれ個別の経路でrs‒fMRI による安静時脳機能結合の計測を行った24）．

PFC に投射している2,3,10,16,37）．一方で，shell と core は互Ⅰ．研究の方法および結果

いに密に連絡し合っている3,34）．
中脳辺縁系ドパミン関連回路は，報酬，嫌悪，痛み，意欲，社会的動機，強化学習，注意，意思決定，運動制御な

本研究では，Japanese Strategic Research Program for

ど，さまざまな機能に関与している2,10,11,16,18,30,35,36）．これthe Promotion of Brain Science（SRPBS）Decoded neu-，rofeedback（DecNef）Consortium8）のデータベース32,40）

また，中脳辺縁系回路の変化と関連している可能性があと東京大学精神科で取得した 555 名：SCZ 群 140 名（女らの機能障害は，多くの精神疾患で報告されており7,8,38）

1,4,6,7,9,11,13,17,19,20,25,26,28,29,33,38）．

性 45.0％），MDD 群 127 名（44.9％），ASD 群 119 名

例えば，統合失調症（schizophrenia：SCZ）の精神病症（15.1％），HC 群 169 名（34.9％）の rs‒fMRI データを使状（妄想や幻覚など）には中脳辺縁系回路の活動亢進があ用した．本研究は，適切な施設審査委員会の承認を得ておる

り，実際，薬理学的治療の標的となっている

31）．一方，ドパミン神経機能の低下や線条体機能障害は，感情の平板化や意欲の欠如といった陰性症状の一因となる

4,21,22）り32），すべての参加者に書面によるインフォームド・コン
セントを提供した．

．加え

関心領域として，VTA，NAc の core と shell，mPFC をて，中脳辺縁系回路の活動鈍化は，無感情や抑うつ気分な設定し（図 1），スペクトル DCM27）により rs‒fMRI データ

どを特徴とする大うつ病（major depressive disorder：を解析し，ROI 間の安静時脳機能結合を群間比較した．さ6,7,11,12,15,17,36,39）

MDD）にも関係しているらに，群間差を認めた安静時脳機能結合において，各群に．

脳深部刺激療法は，脳に電極を埋め込み，標的部位を電気的に刺激する外科的な治療法であるが，MDD 患者の5）おける症状との相関を解析した．
す べ て の 被 験 者 群 に 共 通 し て，shell‒to‒core お よ び

NAc を刺激するために応用されている ．さらに，自閉ス

core‒to‒shell の結合に興奮性結合が認められた．一方，ペクトラム症（autism spectrum disorder：ASD）が中脳

VTA‒to‒VTA，core‒to‒core，shell‒to‒shell，mPFC‒to‒辺縁系回路の障害と関連しており

9,19,25,26,33）

19）

回路の活動低下は社会的交流，中脳辺縁系

mPFC，core‒to‒VTA，shell‒to‒VTA，mPFC‒to‒VTA，

26）

mPFC‒to‒core，VTA‒to‒shell，mPFC‒to‒shell，VTA‒to‒や報酬処理の障害と関連していることが報告されている．

mPFC，core‒to‒mPFC，shell‒to‒mPFC に抑制性結合が認

これらの先行研究から，中脳辺縁系回路の異常がさまざめられた（図 2）．

まな精神疾患の根底にある可能性があり，これらの疾患に抑制性の VTA‒to‒VTA は，SCZ 群で HC 群よりも大き共通する異常と疾患特異的な異常があることが予想できる．

かった．VTA‒to‒mPFC は，SCZ 群では抑制性であった

われわれが以前に行った安静時脳機能計測（resting‒が，HC 群では興奮性であった．抑制性の VTA‒to‒VTA お

state functional magnetic resonance imaging：rs‒fMRI）

よび core‒to‒VTA は，MDD 群で HC 群よりも大きかっを用いた研究では，中脳辺縁系回路と関連するとされる

た． 抑 制 性 の shell‒to‒VTA，core‒to‒core，core‒to‒

VTA 関連の安静時脳機能結合の違いと共通性を SCZ，mPFC，shell‒to‒mPFC は，HC 群よりも ASD 群で大き23）

MDD，双極性障害において調べた ．内側上前頭皮質かった．興奮性の shell‒to‒core も HC 群より ASD 群で大（VTA‒PFC）の結合性において，健常対照群や SCZ より，きかった．VTA‒to‒core，mPFC‒to‒core，VTA‒to‒shell，

172

精神経誌（2024）第 126 巻 第 3 号

a.

b.
A mPFCB CoremPFC

C Shell
D VTA

Shell

Core

VTA

図1

関心領域（a）と DCM 神経結合モデル（b）

mPFC：内側前頭前皮質，Core：側坐核 Core，Shell：側坐核 Shell，VTA：腹側被蓋野（文献 24 より引用）

群では興奮性であったが，MDD 群では抑制性であった．

VTA

From
VTACoreShell

mPFC

0.08－0.22－0.26－0.15

1.0抑制性の core‒to‒VTA および shell‒to‒VTA は，ASD 群よりも SCZ 群で低かった．VTA‒to‒core および VTA‒to‒shell は，SCZ 群では抑制性であったが，ASD 群では興奮Core性であった．
0.71

0.50

ASD 群において，mPFC‒to‒shell は，自閉症スペクトラ

－0.14

Shell

－0.09

0.32

0.52

－0.14

mPFC

To

0－0.08

－0.27

－0.31

0.15

ム指数（Autism‒spectrum Quotient：AQ）の下位尺度である想像力（imagination）の低下，および AQ の総合指数と負の相関を示した（r＝－0.28，PBonferroni‒corrected＝0.028，

r＝－0.29，PBonferroni‒corrected＝0.022）（図 3）．その他の安静時脳機能結合と症状の関連はみられなかった．
－1.0

図2

すべての被験者における関心領域間の安静時脳機能結合

95％以上の事後確率をもつ安静時脳機能結合のみ表示した．
mPFC：内側前頭前皮質，Core：側坐核 Core，Shell：側坐核
Shell，VTA：腹側被蓋野（文献 24 より引用）

Ⅱ．考察

本研究では，rs‒fMRI データを用いて，VTA，NAc のcore と shell，mPFC 間の安静時脳機能結合を MDD，ASD，SCZ，HC 群間で比較し，中脳辺縁系回路における疾患共通，もしくは特異的な変異を検出した．

HC 群と比較して，SCZ，MDD，ASD 群では，興奮性mPFC‒to‒shell は，ASD 群では興奮性であったが，HC 群の shell‒to‒core が大きかった．NAc において shell と coreでは抑制性であった．逆に，VTA‒to‒mPFC は ASD 群では密に相互的な神経結合を形成していることから3,34），こは抑制性であったが，HC 群では興奮性であった．

れらの結果は，shell‒to‒core 結合における不均衡な神経情疾患群での比較において，SCZ 群では MDD 群に比べ，報の流れが，精神症状と関連している可能性を示唆してい抑制性の shell‒to‒VTA が小さく，抑制性の VTA‒to‒coreるといえる．抑制性の shell‒to‒VTA および shell‒to‒mPFCおよび VTA‒to‒shell が大きかった．VTA‒to‒mPFC は，は，ASD 群で MDD 群，SCZ 群，HC 群よりも大きかっ

SCZ 群では抑制性であったが，MDD 群では興奮性であった．逆に，VTA‒to‒core および VTA‒to‒shell は，ASD 群た．抑制性の shell‒to‒VTA，core‒to‒core，shell‒to‒mPFC

では興奮性であったが，MDD，SCZ，HC 群では抑制性では，MDD 群よりも ASD 群で大きかった．VTA‒to‒core，あった．したがって，NAc に関連する結合性の障害は ASD

mPFC‒to‒core，VTA‒to‒shell，mPFC‒to‒shell は，ASDの神経病理と関連する可能性がある．さらに，MDD 群と精神医学のフロンティア：さまざまな精神疾患における中脳辺縁系回路の特徴的変化

173

r＝－0.28，P＝0.028

mPFC－to－shellの結合度1.0

r＝－0.29，P＝0.022

1.0

0.5

0.5

0.0

0.0

－0.5

－0.5

－1.0

－1.0
－1.5

－1.5
0510150

自閉症スペクトラム指数（AQ）の想像力の低下

図3204060

総合指数

ASD 群における mPFC—to—shell の結合度と臨床評価の関連

Y 軸：mPFC—to—shell の結合度，X 軸：自閉症スペクトラム指数（AQ）の想像力の低下（左），総合指数（右）（文献 24 より引用）

SCZ 群では，VTA の抑制性入力が上昇しており，これはのを測定しているわけではない．したがって，将来的には，中脳辺縁系回路のドパミン神経機能の低下と関連している

さまざまな精神疾患におけるドパミン神経伝達を測定また可能性がある．

は操作するために，PET 研究や薬理学的研究を併用すべき以上をまとめると，各疾患は，中脳皮質辺縁系ドパミンである．第 4 に，群間比較において，スキャナーやプロト関連回路における特異的な変化と関連しており，これらのコルの違いによる影響を統計的に排除したが，それでもな神経回路における神経結合の障害は，これらの精神疾患のお，これらの要因が群間比較の結果に影響を及ぼす可能性神経病理にかかわっている可能性がある．したがって，本がある．今後，DCM 解析のために ComBat のようなハー研究結果は，各精神疾患の効果的な治療法開発につながるモナイズ法14）が開発されるべきである．

重要なターゲットを示唆しているといえる．
なお，本論文に関連して開示すべき利益相反はない．

お わ り に
本研究にはいくつかの課題が残る．第 1 に，SCZ とMDD の参加者のほとんどが薬物治療を受けていたことから，薬物治療が結果に及ぼす影響を除外することはできなかった．今後は薬物治療を受けていない被験者も含め，追加で解析を行う必要がある．第 2 に，本研究では中脳辺縁系回路の検討を目的としていたため，VTA，NAc の shellと core，mPFC の 4 領域を対象とした．しかし，mPFC は比較的広大な領域であり，さまざまな亜領域を含んでいる．さらに，他の脳領域も精神疾患の神経基盤に関与している可能性もある．今後の研究では，MDD などの主な症状である無快感症（anhedonia）と関連があるとされる前帯状皮質など36,39），他の脳領域も含めるべきである．第 3に，安静時脳機能結合は神経伝達物質の動態を反映すると言われているが，今回の研究ではドパミン神経伝達そのも174

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Common and Disease‒Specific Alterations in Mesocorticolimbic
Circuits of Various Psychiatric Disorders
Yuko NAKAMURA1,2）, Takuya ISHIDA1,3）, Shinsuke KOIKE1,2,4）
1）Center for Evolutionary Cognitive Sciences, Graduate School of Art and Sciences, University ofTokyo2）University of Tokyo Institute for Diversity & Adaptation of Human Mind（UTIDAHM）
3）Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Wakayama Medical University4）International Research Center for Neurointelligence（WPI‒IRCN）, Institutes for Advanced Study（UTIAS）, University of Tokyo

Mounting evidence indicates that multiple psychiatric disorders are linked to alterations inmesocorticolimbic dopamine‒related circuits. However, the common and distinctive alterations
remain to be examined in schizophrenia（SCZ）, major depressive disorder（MDD）, andautism spectrum disorder（ASD）. Thus, we aimed to examine common and disease‒specificfeatures related to mesocorticolimbic circuits using resting‒state functional magnetic resonance imaging（rs‒fMRI）. This study included 555 participants from four institutes with fivescanners：140 individuals with SCZ（45.0％ female）, 127 individuals with MDD（44.9％）,
119 individuals with ASD（15.1％）, and 169 healthy controls（HC）（34.9％）. All participants underwent rs‒fMRI. Estimated effective connectivities were compared among thegroups. Intrinsic effective connectivity in the mesocorticolimbic dopamine‒related circuits
including the ventral tegmental area（VTA）, shell, and core parts of the nucleus accumbens（NAc）, and medial prefrontal cortex（mPFC）were examined using dynamic causal modeling analysis across these disorders. The excitatory shell‒to‒core connectivity was greater in all
patients compared with the HC group. The inhibitory shell‒to‒VTA and shell‒to‒mPFC connectivities were greater in the ASD group than in HC, MDD, and SCZ groups. Furthermore,the VTA‒to‒core and VTA‒to‒shell connectivities were excitatory in the ASD group, while
those connections were inhibitory in HC, MDD, and SCZ groups. The impaired mesocorticolimbic dopamine‒related circuits might be an underlying neuropathogenesis of various psychiatric disorders. Our findings may improve understanding of unique neural alternations of eachdisorder, and facilitate identification of effective therapeutic targets.
Authors’ abstract
Keywords

autism spectrum disorder, major depressive disorder, schizophrenia,
mesocorticolimbic circuits, dynamic causal modeling176

精神経誌（2024）第 126 巻 第 3 号