49
回編集
「前頭前野」の版間の差分
細
編集の要約なし
Masatakawatanabe (トーク | 投稿記録) 細編集の要約なし |
Masatakawatanabe (トーク | 投稿記録) 細編集の要約なし |
||
| 4行目: | 4行目: | ||
要約：前頭前野は人を人たらしめ，思考や創造性を担う脳の最高中枢であると考えられている。前頭前野は系統発生的に人で最もよく発達した脳部位であるとともに，個体発生的には最も遅く成熟する脳部位である。一方老化に伴って最も早く機能低下が起こる部位の一つでもある。この脳部位はワーキングメモリー、反応抑制、行動の切り替え、プラニング、推論などの認知・実行機能を担っている。また、高次な情動・動機づけ機能とそれに基づく意思決定過程も担っている。さらに社会的行動、葛藤の解決や報酬に基づく選択など、多様な機能に関係している。 | 要約：前頭前野は人を人たらしめ，思考や創造性を担う脳の最高中枢であると考えられている。前頭前野は系統発生的に人で最もよく発達した脳部位であるとともに，個体発生的には最も遅く成熟する脳部位である。一方老化に伴って最も早く機能低下が起こる部位の一つでもある。この脳部位はワーキングメモリー、反応抑制、行動の切り替え、プラニング、推論などの認知・実行機能を担っている。また、高次な情動・動機づけ機能とそれに基づく意思決定過程も担っている。さらに社会的行動、葛藤の解決や報酬に基づく選択など、多様な機能に関係している。 | ||
[[Image:前頭前野図１.jpg|thumb|right|487x326px|図－１： ヒトの大脳前頭前野の外側面（外側から見える面）、内側面（大脳を左右に二分して現れる面）と眼窩面（下から見える面）。図中の数字はブロードマンの領野。]] | [[Image:前頭前野図１.jpg|thumb|right|487x326px|図－１： ヒトの大脳前頭前野の外側面（外側から見える面）、内側面（大脳を左右に二分して現れる面）と眼窩面（下から見える面）。図中の数字はブロードマンの領野。]] | ||
== 前頭前野のなりたち == | == 前頭前野のなりたち == | ||
| 24行目: | 22行目: | ||
== 反応の抑制・切り替えと前頭前野 == | == 反応の抑制・切り替えと前頭前野 == | ||
[[Image:前頭前野図２.jpg|thumb|right|402x220px|図－２：ウィスコンシン・カード分類テスト（ＷＣＳＴ）。被験者は選択カードを「色」か「数」か「形」のどれかの次元で分類することを求められる。]] | |||
前頭前野は不必要な反応や不適切な反応を抑制したり、必要に応じて適切な反応に切り替えたりすることに重要な役割を果たしている。 ゴー・ノーゴー課題go-no go taskではある刺激に一定の運動反応（ゴー反応）をし，別の刺激には運動反応を一切しないようにする（ノーゴー反応）ことが要求される。前頭前野に損傷のある患者は，ノーゴー反応が求められても，運動反応をしないように抑制することが困難である。ヒトの非侵襲的研究では、ノーゴーという行動抑制に関係して前頭前野外側部の特に下部で活性化が見られる。サルの前頭前野にも、ノーゴー反応が要求されたときに選択的に活動を示すニューロンが多数見出される。 おいしいものが目の前にあれば飲んだり、食べたりしたくなるもの（短期的欲求）であるが、それは肥満や生活習慣病にもつながることから、健康を考え（長期的欲求）、飲んだり食べたりするのをがまんすることをセルフコントロールself controlと呼ぶ。少しだけ働いて当面のわずかな収入を得る（短期的欲求）のではなく、将来の多くの収入（長期的目標）を目標に収入がほとんどない状態を耐える、ということが出来るのもセルフコントロール能力である。前頭前野はこのセルフコントロールにも重要な役割を果たしており、損傷患者は長期的利益より短期的利益を優先する傾向にある。人の非侵襲的研究においては、セルフコントロールに関係して前頭前野の外側部の活性化が見られている。また、この部位を磁気刺激して活動を抑制すると、セルフコントロール行動が阻害されることも示されている。さらに、サルに課題を訓練してニューロン活動を記録した研究によると、外側部ニューロンがセルフコントロールを担う活動をすることが示されている。 前頭前野損傷患者はまた，反応基準の切り替えset shiftingを要求される事態で障害を示す。反応基準の切り替えに関係して最もよく用いられる課題にウイスコンシン・カード分類課題Wisconsin card sorting taskがある。これは、図２のように色（赤、緑、黄、青）、形（三角、星、十字、丸）、数（１、２、３、４）がそれぞれ違う128枚のカードを、被験者に「色」か「形」か「数」のどれか１つを基準に分類していくことを求めるものである。被験者は分類の基準については教えられない。正答が６回続くと、被験者に知らせることなく突然分類の基準が変えられるので、被験者はフィードバックに従って新しい分類基準を見出し、それに基づいて反応しなければならない。 前頭前野に損傷のある患者は、分類の基準が変わっても、いつまでも前の基準に固執する傾向を示す。この課題遂行の上で最も重要な「分類基準の切り替え」には「左側」前頭前野外側部の下方後ろよりが重要な役割を持つとされる。なお、特に基準が変わった後に、以前の基準に基づく反応を抑制する上では、前頭極の重要性が指摘されている。また、サルにこの課題の簡易版を訓練して前頭前野のニューロン活動を記録した研究によると、現在の分類基準を保持する、それぞれの分類基準に基づく反応が正しかったか誤っていたのかを捉える、という活動を見出されている。 | 前頭前野は不必要な反応や不適切な反応を抑制したり、必要に応じて適切な反応に切り替えたりすることに重要な役割を果たしている。 ゴー・ノーゴー課題go-no go taskではある刺激に一定の運動反応（ゴー反応）をし，別の刺激には運動反応を一切しないようにする（ノーゴー反応）ことが要求される。前頭前野に損傷のある患者は，ノーゴー反応が求められても，運動反応をしないように抑制することが困難である。ヒトの非侵襲的研究では、ノーゴーという行動抑制に関係して前頭前野外側部の特に下部で活性化が見られる。サルの前頭前野にも、ノーゴー反応が要求されたときに選択的に活動を示すニューロンが多数見出される。 おいしいものが目の前にあれば飲んだり、食べたりしたくなるもの（短期的欲求）であるが、それは肥満や生活習慣病にもつながることから、健康を考え（長期的欲求）、飲んだり食べたりするのをがまんすることをセルフコントロールself controlと呼ぶ。少しだけ働いて当面のわずかな収入を得る（短期的欲求）のではなく、将来の多くの収入（長期的目標）を目標に収入がほとんどない状態を耐える、ということが出来るのもセルフコントロール能力である。前頭前野はこのセルフコントロールにも重要な役割を果たしており、損傷患者は長期的利益より短期的利益を優先する傾向にある。人の非侵襲的研究においては、セルフコントロールに関係して前頭前野の外側部の活性化が見られている。また、この部位を磁気刺激して活動を抑制すると、セルフコントロール行動が阻害されることも示されている。さらに、サルに課題を訓練してニューロン活動を記録した研究によると、外側部ニューロンがセルフコントロールを担う活動をすることが示されている。 前頭前野損傷患者はまた，反応基準の切り替えset shiftingを要求される事態で障害を示す。反応基準の切り替えに関係して最もよく用いられる課題にウイスコンシン・カード分類課題Wisconsin card sorting taskがある。これは、図２のように色（赤、緑、黄、青）、形（三角、星、十字、丸）、数（１、２、３、４）がそれぞれ違う128枚のカードを、被験者に「色」か「形」か「数」のどれか１つを基準に分類していくことを求めるものである。被験者は分類の基準については教えられない。正答が６回続くと、被験者に知らせることなく突然分類の基準が変えられるので、被験者はフィードバックに従って新しい分類基準を見出し、それに基づいて反応しなければならない。 前頭前野に損傷のある患者は、分類の基準が変わっても、いつまでも前の基準に固執する傾向を示す。この課題遂行の上で最も重要な「分類基準の切り替え」には「左側」前頭前野外側部の下方後ろよりが重要な役割を持つとされる。なお、特に基準が変わった後に、以前の基準に基づく反応を抑制する上では、前頭極の重要性が指摘されている。また、サルにこの課題の簡易版を訓練して前頭前野のニューロン活動を記録した研究によると、現在の分類基準を保持する、それぞれの分類基準に基づく反応が正しかったか誤っていたのかを捉える、という活動を見出されている。 | ||
== 前頭前野とトップダウン信号 == | == 前頭前野とトップダウン信号 == | ||
| 37行目: | 29行目: | ||
人の非侵襲的研究においては、刺激呈示前に視覚野や聴覚野で活動性の変容が見られるときには、前頭前野を含む前頭葉の多くの部位が活性化することが示されている。またサルの前頭前野を電気刺激すると、視覚関連領野の活動が促進されることも示されている。こうした大脳後部における活動性の変容は、前頭前野からのトップダウン信号top-down signalを受けた結果生じたのではないかと想定される。こうしたトップダウン信号は、課題に関係した刺激の処理を効率化することにより、適切な反応に導くという役割を担っていると考えられる。 認知と情動・動機づけは相互作用することが知られている。たとえば、被験者の情動を操作することにより，前頭前野の活動性が変化するとともに，ワーキングメモリー課題の成績も変化することが示されている。人の非侵襲的研究によると、このワーキングメモリーと情動・動機づけの統合に関係して、前頭前野の外側部、特にその前頭極でより顕著な活性化が見出されている。こうした前頭前野における活動は、トップダウン信号として脳の後ろの部位に伝えられ、行動制御に重要な役割を果たしていると考えられる。サルのニューロンレベルの研究でも、より好ましい報酬が期待できるときには，前頭前野ニューロンにおいてワーキングメモリーに関係した活動が促進され、正解率も上昇することが示されている。 | 人の非侵襲的研究においては、刺激呈示前に視覚野や聴覚野で活動性の変容が見られるときには、前頭前野を含む前頭葉の多くの部位が活性化することが示されている。またサルの前頭前野を電気刺激すると、視覚関連領野の活動が促進されることも示されている。こうした大脳後部における活動性の変容は、前頭前野からのトップダウン信号top-down signalを受けた結果生じたのではないかと想定される。こうしたトップダウン信号は、課題に関係した刺激の処理を効率化することにより、適切な反応に導くという役割を担っていると考えられる。 認知と情動・動機づけは相互作用することが知られている。たとえば、被験者の情動を操作することにより，前頭前野の活動性が変化するとともに，ワーキングメモリー課題の成績も変化することが示されている。人の非侵襲的研究によると、このワーキングメモリーと情動・動機づけの統合に関係して、前頭前野の外側部、特にその前頭極でより顕著な活性化が見出されている。こうした前頭前野における活動は、トップダウン信号として脳の後ろの部位に伝えられ、行動制御に重要な役割を果たしていると考えられる。サルのニューロンレベルの研究でも、より好ましい報酬が期待できるときには，前頭前野ニューロンにおいてワーキングメモリーに関係した活動が促進され、正解率も上昇することが示されている。 | ||
==前頭前野とドーパミン== | ==前頭前野とドーパミン== | ||
前頭前野の高次機能は神経伝達物質のドーパミン，セロトニン、ノルエピネフリン，ＧＡＢＡ（ガンマアミノ酪酸）などによって支えられている。これらの物質が欠乏すると，人はワーキングメモリー課題の遂行、プラニング、意思決定や反応抑制の障害を示したり、情動障害を示したりする。 ドーパミンは大脳皮質の中では前頭葉に最も多く分布しており、前頭前野の働きに最も重要な役割を果たす神経伝達物質である。ドーパミンの働きの異常に関係した病気であるパーキンソン病や統合失調症の患者は，前頭前野機能に関係した課題で成績が悪くなる。サルの前頭前野にドーパミンの阻害剤を投与してドーパミンを枯渇させると，サルは前頭前野が関係する色々な課題が出来なくなる。一方ドーパミンは欠乏だけでなく，多すぎてもこうした課題に障害を起こす。前頭前野のドーパミン量と認知課題の成績の間には逆Ｕ字関係が認められており、前頭前野が効率的に働くためには，ドーパミン量がある「最適レベル」にある必要があると考えられている。強い[[ストレス]]は前頭前野内のドーパミン濃度を上昇させる。一方、老化に伴って前頭前野内のドーパミン濃度は減少する。どちらの場合も認知機能は低下するが、濃度を適度に下げる，あるいは上げるような薬物を投与すると人でもサルでも前頭前野は効率的に働くようになる。またワーキングメモリー課題の成績が良くない人にドーパミンの働きを高める薬物を投与すると課題成績が良くなる一方、もともと成績のよい人にそうした薬物を投与すると課題成績が悪くなる、ということも見られる[4]。ドーパミンの受容体にはＤ１からＤ５の５種類があるが、認知課題に最も重要なのがＤ１受容体である。ニューロンレベルの研究で、このドーパミンＤ１受容体の作動薬を微量投与すると、投与量とワーキングメモリー関連ニューロン活動の間にも、逆Ｕ字の関数関係が認められる。すなわち適切な投与量ならＳ／Ｎ比がよくなることによりワーキングメモリー活動は促進されるが、投与量が少なすぎる、あるいは多すぎる場合はワーキングメモリー活動は阻害されるのである。サルの前頭前野の外側部にドーパミンＤ１受容体の作動薬を投与すると、視覚野連合野の刺激反応性が向上するという報告がある。これはさきに述べた前頭前野のトップダウン信号にドーパミンが重要な役割を果たすことを示す。 COMT (catechol-O-methyl transferase)は、ドーパミンやノルアドレナリンなどのカテコールアミンとよばれる神経伝達物質の代謝酵素である。ヒトのCOMTには遺伝子多型があり、最初のメチオニンから数えて158番目のアミノ酸がバリン(Val)の場合とメチオニン(Met)の場合がある。COMTの酵素活性は、Val型の方が高いので、前頭前野でのドーパミンの分解はVal型で早く、Met型の者は、Val型の者よりも、ドーパミン代謝が減弱している。その結果Val型の人は前頭前野活動が非効率的で認知課題の遂行が落ちる傾向にある。人にドーパミンの働きを高める薬物を投与すると、同じ量でもVal型の人ではワーキングメモリー課題成績が上昇するのに、Met型の人では課題成績が減少する、ということも見られる<ref name="ref4"><pubmed>16310964</pubmed></ref>。ここでも前頭前野におけるドーパミンと認知行動の間の逆U字関数関係が見られる。ただ、遺伝子多型と行動との関係は複雑であり、課題の条件やドーパミン量の操作法に関係して、いろいろな研究の結果は必ずしも一致しているわけではない。 | |||
<br> | <br> | ||
| 43行目: | 36行目: | ||
この用語とリンクする用語：頭頂連合野、側頭連合野、ドーパミン、ウイスコンシン・カード分類課題、ワーキングメモリー、大脳基底核、推論、思考、非侵襲的研究、反応基準の切り替え、トップダウン信号、遺伝子多型 | この用語とリンクする用語：頭頂連合野、側頭連合野、ドーパミン、ウイスコンシン・カード分類課題、ワーキングメモリー、大脳基底核、推論、思考、非侵襲的研究、反応基準の切り替え、トップダウン信号、遺伝子多型 | ||
<references /> | <references /> <br> | ||
<br> | |||
その他、前頭前野に関する参考書 | その他、前頭前野に関する参考書 | ||
Fuster JS The Prefrontal Cortex, Fourth Edition. Academic Press.2008 | Fuster JS The Prefrontal Cortex, Fourth Edition. Academic Press.2008 | ||
Stuss DT, Knight R (eds.) Principles of Frontal Lobes Function (2nd ed) Oxford Univ. Press .2012 | Stuss DT, Knight R (eds.) Principles of Frontal Lobes Function (2nd ed) Oxford Univ. Press .2012 | ||
Dynamic Landscape of the Frontal Lobe: A Tribute to Patricia S. Goldman-Rakic. Special Issue of Cerebral Cortex supple 7 2007. | Dynamic Landscape of the Frontal Lobe: A Tribute to Patricia S. Goldman-Rakic. Special Issue of Cerebral Cortex supple 7 2007. | ||
（執筆者：渡邊正孝、担当編集委員：入來篤史） | （執筆者：渡邊正孝、担当編集委員：入來篤史） | ||