統合失調症でみられる脳の形態変化

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11-1-2017 updated

  1. 脳全体 Whole brain
  2. 脳室 Ventricle
  3. 海馬 Hippocampus
  4. 大脳皮質 Cortex
    1. Cortex 全体
    2. Prefrontal cortex
    3. Orbitoftonral cortex
    4. Insular cortex
    5. Visual cortex
  5. 大脳基底核 Basal ganglia

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脳全体 Whole brain

> 50 の MRI studies のうち11 (22%) が全脳容積の違いを報告している (8)。

: 残りの 78% は変化なしという報告だが、個人差が大きく、さらなる知見の蓄積が必要。


脳室 ventricle の肥大

脳室の肥大は、ヒトの統合失調症患者で 最も共通してみられる形態変化 である (1D)。1928 年に既に報告されていたが、1976 年の Johnstone らによる computer assisted tomography を用いた再発見は、統合失調症研究を活性化させる役目を果たした (8)。

ヒトの脳室は、下のような構造をしている (9)。


    Blue - Lateral ventricles
    Cyan - Interventricular foramina (Monro)
    Yellow - Third ventricle
    Red - Cerebral aqueduct (Sylvius)
    Purple - Fourth ventricle
    Green - Continuous with the central canal

Lateral ventricles

Left side lateral ventricle が大きくなるという報告が非常に多い (8)。

> 44/55 (80%) の MRI studies で lateral ventricle 肥大が報告されている (8)。

: 残りの 78% は変化なしという報告だが、個人差が大きく、さらなる知見の蓄積が必要。
: Temporal horn of lateral ventricles という構造の肥大も報告されている。

> Lateral ventricle の肥大は出生前から観察され、出生後の脳室サイズと相関(12)。

: 統合失調症の発症リスクの評価に使えるかもしれない。


Third and forth ventricles

3rd ventricle も原則として大きくなる (8)。これは、視床の容積低下と関連している可能性がある。

> 3rd ventricle では、24/33 MRI studies (73%) が違いありとしている (8)。

: 4th ventricle では、わずか 20% (1/5) が positive である。


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側頭葉 temporal lobe の変化

内側側頭葉の萎縮

内側側頭葉 medial temporal lobe (amygdala, hippocampus, parahippocampal gyrus) の萎縮は、脳室の肥大に次いで共通して報告される特徴である (2,8)。

海馬 hippocampus

海馬では、神経サイズの低下およびシナプス数の低下も報告されている (3I)。


大脳皮質 cortex の萎縮

大脳皮質の多くの場所でも形態異状が報告されており、原則として薄くなる。ただし、medial temporal lobe に比べると一致しない報告 (変化なしとする報告) が多いようである (8)。

Prefrontal cortex (PFC)

Prefrontal cortex (PFC: human, rat) は高次の脳機能に重要な領域であり、統合失調症ではここに多くの障害が出ることが知られている。萎縮はその一つであり、血流 CBF の低下もよく知られている。

  • Surface-based measurements (SBM) で PFC が薄くなることを示した論文がある (4I)。

Orbitofrontal cortex (OFC)

Orbitofrontal cortex (OFC) は PFC の部分構造とされるが、逆転学習 reversal learning における機能的重要性などから、独立に議論されることが多いようである。萎縮および肥大の両方の報告がある (10D, 11)。

> Antipsychotic-naive schizophrenic patients (N = 51, control N = 47) で、OFC が萎縮していた (10)。

: 向精神薬は脳の一部を肥大させることが知られているので、使っていない患者のみでテスト。
: Left, right medial OFC cortical thickness が 0.1 - 0.2 mm 程度低下。MRI study。
: Left medial OFC の厚さと negative sympom に負の相関があった。


Insular cortex

Insular cortex が薄くなる。

> ラットでも MRI による報告がある (2R)。統合失調症と insular cortex

  • Left inferior frontal gyrus (BA 44), left insular cortex, cortex in the precentral gyrus.
  • 右側では有意差はなかった。

Visual cortex

Visual cortex も薄くなる。


> V1, V2, V5/MT+ 領域で皮質の折りたたみ gyrification が増えていた (5R)。
    : 皮質の発生に異常があるため、折りたたみを増やして補償していると考えている。
    : 大脳皮質の形態形成は、通常2歳より前に起こる。統合失調症の原因が若い頃にあることを示唆。

> Visual cortex の皮質容積が 22% 低下、神経細胞 neuron 数が 25%低下していた (6R)。
    : 統合失調症患者 10 名と、年齢を合わせた対照群 10 名。BA17 について死後に測定。
    : 神経細胞の密度は変わらなかった。BA17 領域が全体的に小さくなっている感じ。




大脳基底核 basal ganglia の肥大

大脳皮質 cerebral cortex や 海馬 hippocampus の萎縮とは対照的に、大脳基底核 basal ganglia は一般に肥大する

> MRI で globus pallidus 27.4%, putamen 15.9%, caudate 9.5% の体積増加を検出した論文 (7R)。
    : N=15, male, right-handed, neuroleptic-medicated patients with age-matched control.
    : Basal ganglia 全体では、14.2% の増加がみられた。
    : とくに caudate の体積増加が、finger tapping, Hebb's Recurring Digits などの運動能力低下と相関。



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References

  1. Chin et al. 2011a. Structural abnormalities revealed by magnetic resonance imaging in rats prenatally exposed to methylazoxymethanol acetate parallel cerebral pathology in schizophrenia. Synapse 65, 393-403.
  2. Moore et al. 2006a. A neurobehavioral systems analysis of adult rats exposed to methylazoxymethanol acetate on E17: implications for the neuropathology of schizophrenia. Biol Phychiatry 60, 253-264.
  3. Lavin et al. 2005a. Prenatal disruption of neocortical development alters prefrontal cortical neuron responses to dopamine in adult rats. Neuropsychopharmacology 30, 1426-1435.
  4. Pujol et al. 2013a. Inferior frontal and insular cortical thinning is related to dysfunctional brain activation/deactivation during working memory task in schizophrenic patients. Phychiatory Res 214, 94-101.
  5. Schultz et al. 2013a. The visual cortex in schizophrenia: alterations of gyrification rather than cortical thickness - a combined cortical shape analysis. Brain Struct Funct 218, 51-58.
  6. Dorph-Petersen et al. 2007a. Primary visual cortex volume and total neuron number are reduced in schizophrenia. J Comp Neurol 501, 290-301.
  7. Hokama et al. 1995a. Caudate, putamen, and globus pallidus volume in schizophrenia: a quantitative MRI study. Phychiatry Res, 61, 209-229.
  8. Shenton et al. 2001a (Review). A review of MRI findings in schizophrenia. Schizophrenia Res 49, 1-52.
  9. "Human Ventricular system colored and animated" by en:Anatomography - lifesciencedb.jp/bp3d/. Licensed under CC BY-SA 2.1 jp via Wikimedia Commons.
  10. Venkatasubramanian et al. 2008a. Automated MRI parcellation study of regional volume and thickness of prefrontal cortex (PFC) in antipsychotic-naive schizophrenia. Acta Phychiatr Scand 117, 420-431.
  11. Jackowski et al. 2012a (Review). The involvement of the orbitofrontal cortex in psychiatric disorders: an update of neuroimaging findings. Rev Bras Psiquiatr 34, 207-212.
  12. Gilmore et al. 2008a. Prenatal mild ventriculomegaly predicts abnormal development of the neonatal brain. Biol Psychiatry 64, 1069-1076.