目次
最新の脳地図は2023年に報告された
ネイチャーに発表されたゴードンらの論文
さくら先生
今回は、脳に関する最新の知見について教えてください！
脳の研究は、日進月歩なので、常に勉強していないと取り残されそうです。
たしかにそうですね。
先日、VRカグラについても勉強しましたね。
今回は、その中でも触れたことを詳しく学びましょう。
VRカグラでは、体性認知協調療法（Somato-Cognitive Coordination Therapy SCCT）という概念が重視されていましたね。
その中で、今回のテーマでもある最新の脳地図が引用されていました。
そうでしたね。
VRカグラで用いる体性認知協調療法については、是非、以下の記事も参考にしてくださいね。
VRカグラによるリハビリ｜ゴーグルを付けて本格的医療機器に触れる
こちらの記事の中では、最新の脳地図に存在する、「体性認知行動ネットワーク（Somato- Cognitive Active Network,SCAN）について紹介されていました。
そして、VRカグラを用いた、体性認知協調療法（SCCT）は、このSCANに対するアプローチでもあるということが示されていましたね。
そうでしたね。
ですから、VRカグラを用いたSCCTを理解する上でも、今回のテーマである最新の脳地図が重要となるのです。
この、最新の脳地図は、2023年にゴードンらによって報告されました。
以下に、論文のリンクを貼りますね。
体性認知行動ネットワーク（SCAN領域）が、一次運動野の他の領域と関連して働くといった内容なのですね？
大変、興味深いです。
そうですね。
では、まず、従来の脳地図について復習をして、最新の脳地図との共通性や違いについて学んでゆきましょう。
従来の脳地図とは
従来の脳地図について確認しましょう。
次の図を見てください。
大脳皮質の機能局在
成美堂出版「スーパービジュアル 脳・神経疾患」
大脳皮質の機能局在ですね。
脳の分類として、前頭葉や頭頂葉などがある中で、一次運動野と体性感覚野がありますね。
そうですね。
この一次運動野や体性感覚野に描かれる図を脳地図と呼びます。
次の図が、従来の脳地図ですね。
体性感覚野は感覚野、一次運動野は運動野と表現されています。
どちらも、かなり似ています。顔や口、手などが大きく、そして、体幹などの身体の近位部が小さく描かれています。
ペンフィールドの脳地図
これは、一次運動野や体性感覚野の大脳皮質における体部位局在性を表しているのです。
もし、このような人間が存在したら、随分と違和感のあるものになりますね。
このような脳の中に存在するかのような小人のことをホムンクルスと呼びます。
この図は、教科書にも出てくるとても常識的なものです。
脳は、とても複雑なものですが、この一次運動野などの体部位局在性は、大脳皮質と身体のつながりを考える時に、脳のことを比較的理解しやすいものだと思います。
脳が身体とどうつながり、何を行なっているかが分かりやすいと言えますよね。
この図は、1930年代頃にペンフィールドという人によって描かれたものです。
さらに、その後より詳細なことが発見されました。
2009年により詳しく分かったこと
それが、次の図ですね。
医学は常に発展するのですね。
詳しく教えてください。
一次運動野から始まる皮質脊髄路の二つのタイプ
Jean-Alban Rathelot ら Subdivisions of primary motor cortex based on cortico-motoneuronal cells
はい、これは2009年にラテロという人により報告されたものです。
以下に論文のリンクを貼ります。
この図は、アカゲザルを使った実験に関するものです。
アカゲザルの一次運動野における運動ニューロンの分布を示したものです。
４つ図がありますが、上の二つが肩の運動ニューロン、下の二つが肘の運動ニューロンを表しています。
赤で囲んでいる部分に注目してください。
この研究では、一次運動野の運動ニューロンの分布が、実は前部と後部に分かれていることを発見しています。
赤丸の中のCSは中心溝です。
中心溝より前が前頭葉で、後ろが頭頂葉や側頭葉ですね。
そうです。
そして、数字の４とは、一次運動野のことです。
ブロードマンの分類の４野ですね。
実は、それまでは知られていなかったことですが、この一次運動野は中心溝を挟んで前部と後部に分かれていることが分かったのです。
そして、前部の運動ニューロンと後部の運動ニューロンでは、下降した後の接続先が異なることが判明しました。
それは、知りませんでした。
教科書では、一次運動野は、中心溝の前とだけ教えられていました。
一次運動野の前部と後部で役割が異なることは、未だあまり広まっていない情報かもしれません。
たしかに、そうかもしれません。
一次運動野の前部の運動ニューロンは、脊髄の介在ニューロンと接続して下降します。
一方で、一次運動野の後部の運動ニューロンは、脊髄の前角というところまで下降して、そこで、各筋肉に接続するニューロンにつながるのです。
そして、「中心溝よりも後部の運動ニューロンが高度な技能を伴う動作の生成と制御に特別な役割を果たす」ということが判明したのです。
ペンフィールドにより、1930年代に発見された一次運動野の脳地図は、近年の研究では、前部と後部に分かれていて、それぞれが異なる経路を持っているということなんですね。
最新の脳地図とは
大分、前置きが長くなりましたが、ここからは2023年に発表された、最新の脳地図に関する説明をしましょう。
それが、次の図ですね！
左：従来の脳地図（ホムンクルス） 右：新しい脳地図（統合ー分離モデル）
Gordon EM, et al. A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex. Nature. 2023 Apr 19.
左が従来の脳地図で、右が最新の脳地図です。
以下に論文のリンクを貼ります。
それでは、新しい脳地図の特徴について説明しましょう。
先ほどの説明のように、従来のものを「ホムンクルス」といいました。
新しいものは、「統合ー分離モデル」と呼んでいます。
特徴は主に二つあります。
足、手、口の３つの機能領域が同心円状に配置され、遠位の身体部分の領域が近位の身体部分の領域により囲まれている
効果器固有の機能領域（足（緑）、手（シアン）、口（オレンジ））が同心円状となり、比較的分離しやすい遠位部（つま先、指、舌）が身体のより近位部に取り囲まれています。
足、手、口の微細運動技能の領域は、効果器の遠位部（つま先、指、舌）が中央にあり、近位部（膝、肩、喉頭）が周囲にある 3 つの同心円状の機能ゾーンとして体部位別に編成されています。
３つの機能ゾーンに分かれて編成されているので、分離ということなんですね。
領域の境界に体性認知活動ネットワーク（SCAN）が存在
効果器間領域（えび茶色）はこれらの領域の境目に位置し、統合的な全身制御のための「体性認知行動ネットワーク（Somato- Cognitive Active Network,SCAN）の一部を形成しています。
効果器間領域は互いに協調して、さらに「帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network）CON」と協調して動作を実行するための全体的な全身機能を実現するとされています。
さらに、本研究では、これらの機能には動作の実行、および体幹筋や姿勢と粗大運動の制御が含まれることが示唆されているそうです。
これは、とても複雑なメカニズムのようですね。
３つの分離された効果器間に「体性認知行動ネットワーク（Somato-Cognitive Active Network,SCAN）」が存在するだけでも新しすぎる発見です。
それに加えて、このSCAN領域がお互いにリンクし合っているのですね。
さらには、「帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network,CON）」とも連動している・・・・・・
これらは、一体何を意味するのでしょうか？？？
具体的なことについては、未だ不明確な点が多いと思います。
ただ、ここに示されているように、動作の実行に加えて、体幹部・姿勢・粗大運動の制御など、身体の中枢部の活動に関与していることが推測されるようです。
帯状回は、大脳辺縁系の一部ですよね。
記憶に重要な海馬や、情動に関与する扁桃体にも近く、それらと前頭葉などへの橋渡し的な役割があるのですよね。
その通りです。
記憶や情動は、内発的な動作を実行する上での大きな存在です。
よって、SCANは、単に運動の中枢というだけではなく、行動面にも影響を及ぼす可能性がありますね。
さらに、この論文には詳しい解説があります。
最新の脳地図をさらに解説
最新の脳地図について、二つ深掘りして解説します。
一つ目は、前述の足、手、口の３つの効果器固有の機能領域とSCAN領域の相互作用についてです。
二つ目は、3つのSCAN領域とCONのリンクについてです。
効果器固有の機能領域とSCAN領域の相互作用
次の図を見てください。
一次運動野の精密機能マップ
Evan M.Gordon ら A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex
この図は、一次運動野の精密機能マッピングです。
左の、１、３、５の図は、足、手、口の効果器固有の機能領域を示しています。
一方で、右の２、４、６については、各効果器領域の境界部に位置するSCAN領域を示しています。
１と２は、足の活動時の精密機能マッピングです。
足の活動時には、１の足固有の機能領域が働いていることに加えて、２のように三つのSCAN領域も同時に働いていることがわかります。
足の領域は脳の内側面にあるので、１はそのように図示されていますね。
３と４は、手の活動時の精密機能マッピングです。
手の活動時には、３の手固有の機能領域が働いていることに加えて、４のように三つのSCAN領域も同時に働いていることがわかります。
５と６は、口の活動時の精密機能マッピングです。
口の活動時にも、５の口固有の機能領域が働いていることに加えて、６のように三つのSCAN領域も同時に働いています。
このように、効果器固有の機能領域とSCAN領域には相互作用があることがわかります。
足、手、口などの各効果器と効果器間にあるSCAN領域が関連し合っていることがわかりますね。
以前のホムンクルスモデルの際は、一次運動野では、効果器部分のみが選択的に働くというイメージでした。
しかし、最新の統合ー分離モデルでは、各効果器はSCAN領域を通じて、より複雑な神経ネットワークの中で作用しているということなんですね。
これまでの常識を大きく覆された印象です。
従来は、一次運動野や体性感覚野は体部位局在性が強く、様々な情報処理は、より高次の連合野で行われていると考えられていました。
しかし、実は、一次運動野のレベルでかなりの情報処理をしているということなんですね！
そうですね。
この2023年に報告された今回の論文は、かなり詳細な研究に基づくもので、正直なところ、私も未だ十分理解しきれてはいません。
↓
ただ、臨床家にとっては様々な示唆を得られる内容であります。
各効果器領域の同心円状に配置された遠位部と近位部の関係性や、SCAN領域の役割などについては臨床的なヒントも感じられるところです。
SCAN領域については、様々な興味深い機能があるようです。
例えば、体幹の中の腹部筋群の収縮時に活性化することや、実行フェーズよりも計画フェーズで働くことなどです。
これらから、リハビリにおける新たなアイデアが思い浮かぶような気がします。
例えば、これまでも言われていたようなリハビリにおける体幹機能の重要性についてです。
また、運動訓練を行う際の目標性や計画性の重要さについてもです。
是非、様々なアイデアをお聞きしたいです。
それについては、また後で一緒に考えましょう。
その前に、二つ目の解説を行いましょう。
3つのSCAN領域とCONのリンクについてですね。
３つのSCAN領域はCONにリンク
CONは、帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network,CON）でしたね。
このCONが、SCAN領域と強い接続性を持つということが重要なんです。
そもそも、CONとは何を行うネットワークなのかから教えてください。
CONは、人間の脳の行動を制御する実行ネットワークです。
CONは、低レベル（運動）と高レベル（認知）機能の両方に対するトップダウン制御や痛み刺激の処理に関する脳の多数領域で構成される機能とされています。
運動と認知の両方を制御するのですね。
認知に関しては、複雑な認知課題が開始されると、目標を維持して注意散漫を防ぐような働きをします。
また、課題解決に対してエラーが生じた場合や、反応時間が遅い時に大きな反応を示し、刺激が曖昧な時や複数の反応が矛盾している時などにも働くそうです。
認知機能面をサポートするような機能なんでしょうか？
そういえば、最近は発達障害の分野でもCONが注目されていると聞いたことがあります。
発達障害の中には、対象に注意が向けられなかったり、逆に固執してしまうことがあります。
そのような症状の背景の一つとして、CONが注目されているようですね。
運動に関しては、今回のテーマであるSCAN領域との接続が代表です。
これらの接続の意味は、CONが運動システム内で全身の行動計画を実行するメカニズムを有していると考えられていることです。
また、一次運動野が使われなくなるとCONとの間の機能的接続が強化されるという報告もあります。
一次運動野が使われなくなるとは、多分、動物実験の結果なのでしょうね。
ヒトの脳梗塞後などでも類似性があるのでしょうか？
脳梗塞などで、運動野が使われなくなった場合に機能を再構成するためにCONが活性化されるのかもしれませんね。
脳の神経可塑性と関連がありそうです。
CONには、三つのサブネットワークがあることが知られています。
それについて、ご説明しましょう。
次の図を見てください。
帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network）のサブネットワーク
Carolina Badke D’andrea ら Substructure of the brain’s Cingulo-Opercular network
図は、左右の脳半球の外側面と内側面を示したものです。
緑、黄、青に色分けされている部分が、三つのサブネットワークを示しています。
先ず、図の緑の部分です。
背側前帯状皮質、背側前島皮質、前部 PFC の前方サブネットワーク (緑色で図示)。
PFCは、前頭前皮質（Pre Fronltal Cortex）ですね。
この部分は、アクションの選択、維持、制御のための決定サブネットワーク と言われています。
これは、CONの古典的に知られている機能ともいえます。
「決定するためのタスク維持、エラー処理、競合監視、および曖昧性処理への関与を含む」とされています。
次は、黄色の部分です。
後背内側PFC、中部/後部島皮質、中心溝の直前と直後の領域まで広がる背側前帯状皮質のさらに後方にある中央サブネットワーク (黄色で図示)。
この部分は、物理的なアクションの開始とトップダウン制御のためのアクションサブネットワーク と言われています。
「抽象的な行動計画から具体的な行動計画、そして動作の実行へと進む一連の実行機能に関わるものとされ、今回のテーマの一つでもあるSCAN 領域と強い接続性を示し、運動機能に影響を及ぼす」とされています。
CONとSCANの強い接続性を示す部分ですね！
さらに、青の部分です。
中部島皮質、縁上回、帯状皮質の縁部に外側サブネットワーク (青で図示)。
この部分は、生成された計画の有効性を評価するために、より時間的に拡張されたフィードバックを緑の「アクションの選択、維持、制御のための決定サブネットワーク」に提供するとされています。
また、痛みや有害刺激の処理にも関与すると考えられています。
CONが様々な機能に関与していて、脳の多くのエリアにネットワークを有することがわかりました。
正直なところ難しい点も多いのですが、 黄色の物理的なアクションの開始とトップダウン制御のためのアクションサブネットワークが、今回のテーマの一つであるCONとSCAN領域の接続性に関与していることがわかりました。
CONとSCAN領域の接続性については、以下の図もご覧ください。
SCAN領域と帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network）は接続性が高い
Evan M.Gordon ら A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex
この図は、 SCAN領域との接続性が高い機能を順番に並べています。
CONは、視覚、聴覚、言語などの機能と比べて、SCAN領域との接続性が高いことを示しています。
本論文でゴードンらは、CONとSCAN領域の接続性において以下の事も強調しています。
「体幹筋や姿勢と粗大運動の制御に加え、覚醒を調節し、発話やその他の複雑な動作と呼吸を調整し、全身、代謝、生理学的制御の回路と一致して、内部プロセスと臓器（血圧、胃、副腎髄質など）を制御する可能性もある」
またまた、色々な機能に関与するのですね！
私の限られた知識の範囲では処理しきれない情報です。
ただ、印象として、脳幹網様体系の機能との関連性を感じない訳にはゆきません。
今回のゴードンらの論文では、そこまで結論づけていません。
ただ、その可能性はありそうですね。
我々、運動機能の回復を目指す立場としては、CONとSCAN領域が体幹などの姿勢制御や発話や呼吸などの自律的な運動制御と関連していることが分かったことは重要です。
これまで、それらは、脳幹などの大脳皮質下の機能と理解されていたと思います。
しかし、最新の報告では、CONを通じて一次運動野も重要な関わりも持つということが明確化されたのですね。
さらに言えば、認知面のトップダウン制御などの高次の連合野的な情報処理までも一次運動野が関わっていることに驚きを感じます。
従来からの機能局在的理解も重要ですが、脳の神経ネットワークとしての側面がより強調される印象ですね。
では最後に、これらの最新の脳地図の解明を踏まえて、今後の脳梗塞リハビリにおいて重要なことを考えたいと思います。
最新の脳地図によるリハビリの可能性
最新の脳地図によるリハビリの可能性については、まだまだ仮説としてのみ考えてみたいと思います。
現実的には、VRカグラの体性認知協調療法（Somato-Cognitive Coordination Therapy SCCT）が既に実現している例なのでしょう。
たしかに、その通りです。
それに加えて、個人的には通常の一般的な脳梗塞リハビリにも応用すべき点があることを感じます。
ただ、今日のところは、あくまで思いつたことを述べるにとどめます。
詳細は、後日にまとめたいと思います。
身体の中枢部（体幹含む）と末梢部に同時にアプローチを行う
その一つは、
「身体の中枢部（体幹含む）と末梢部に同時にアプローチを行う」ということの重要性です。
体幹などの身体の中枢部と手指などの末梢部を同時にアプローチするということですね。
そうです。
多くの既存の場面は、身体を関節ごとに分けてアプローチすることが多くなります。
それを、あえて同時にアプローチするのです。
このアイデアは、最新の脳地図で描かれる、「足、手、口の３つの機能領域が同心円状に配置され、遠位の身体部分の領域が近位の身体部分の領域により囲まれている」という点や、SCAN領域がCONを通じて体幹筋や姿勢と粗大運動の制御に関与するという点をヒントにしました。
例えば、姿勢のバランス反応を誘発しながら上下肢へのアプローチを行ったり、体幹を働かせながら下肢の運動を行うようなことですね。
場面的には、それほど特殊な展開ではありませんが、意識的に徹底して行うことは大切かもしれませんね。
帯状回など大脳辺縁系を考慮したリハビリ手法
もう一つは、帯状回などの大脳辺縁系と運動系の関連性を考慮したリハビリ手法の開発です。
帯状回は、同じ大脳辺縁系の海馬や扁桃体などと連携しつつ、前頭葉などの他の脳領域との橋渡し役になるのですよね。
海馬は記憶系、扁桃体は情動と深い関与があることが知られています。
はい。
そのような大脳辺縁系の機能と運動を関連づけるようなアプローチが望まれると考えます。
例えば、記憶的な要素をゲーム感覚で取り入れながら手の練習を行うことは良いかもしれません。
快・不快などの情動反応と運動を組み合わせるのはどうでしょうか？
例えば、嫌な刺激に対しては、逃避するようなバランス反応を利用するとか、逆に好きな刺激には接近するような姿勢や手のリーチ活動を行うなどはどうでしょうか？
面白いでしょうね。
いずれも、既に部分的には行われているようなことですね。
それを、最新の脳地図との関連付けで整理し直してみるのも興味深いです。
是非、後日に詳しく教えてください！
最新の脳地図とこれからの脳梗塞リハビリ 脳の可塑性解明に迫るのまとめ
最新の脳地図は2023年に報告されたのまとめ
ゴードンらにより、2023年に報告された最新の脳地図に関する論文は、大きな話題を呼んでいます。
また、VRカグラなどの仮想現実を利用したリハビリの理論的背景にもなっています。
最新の脳地図とはのまとめ
最新の脳地図と従来の脳地図には大きな違いがあります。
最新の脳地図では、足、手、口の３つの機能領域が同心円状に配置され、遠位の身体部分の領域が近位の身体部分の領域により囲まれていることの他、体性認知活動ネットワーク（SCAN）の存在が特徴的です。
最新の脳地図をさらに解説のまとめ
最新の脳地図では、SCAN領域と帯状回・弁蓋部ネットワーク（Cingulo-Opercular Network,CON）の接続が大きな特徴です。
最新の脳地図によるリハビリの可能性のまとめ
最新の脳地図により、脳梗塞リハビリにも新たな可能性が広がっています。
