前内側視床核とヒト大脳辺縁系：拡散強調イメージングを用いた構造的接続性のトレース

The anterior and medial thalamic nuclei and the human limbic system: tracing the structural connectivity using diffusion-weighted imaging.

• Wolfgang Grodd
• Vinod Jangir Kumar
• Almut Schüz
• Tobias Lindig
• Klaus Scheffler

抄録

大脳辺縁系は、系統的に古く、行動的に定義された系であり、感情の中心として機能します。大脳辺縁系は、怒り、恐れ、喜びの表現を制御し、性行動、植生機能、記憶にも影響を与える。このシステムは、その構成要素が時間の経過とともに進化し、増加してきたtel-、di-、およびmesencephalic構造のコレクションで構成されています。これまでの動物実験では、視床の前核群（ANT）、手綱核（Hb）、隣接する正中背核（MD）がそれぞれ大脳辺縁回路に重要な役割を果たしていることが示されています。そこで、Human Connectome Projectで得られた730名の被験者の拡散イメージングデータと、6つの核（前背、前頭、前腹、側背、Hb、MD）のマスクをシード領域とし、拡散重み付けイメージングを用いて脳の他の部分への直接的な確率的追跡を行った。その結果、ANT核は大脳辺縁系と記憶系の一部であり、主に乳頭路、乳頭体、前交連、前頭葉、後頭葉を介して海馬、扁桃体、中頭頂、眼窩前頭、後頭皮質に接続していることが明らかになった。さらに、反角核は、中脳や脳幹への接続を様々な範囲で示しており、実験結果ではあまり見られないパターンであった。視床上の一部として定義されている手綱核は、視床の視床突起と密接につながっており、視覚と大脳辺縁系、脳幹、小脳の間の神経解剖学的なハブとしての役割を果たしていると考えられる。最後に、トレーサーを用いた実験結果とは対照的に、MDの直接的な接続は主に脳幹に限定されていたが、間接的なMD線維は海馬や内側頭頂部と内側前頭前野を結ぶ広い経路を形成していた。

The limbic system is a phylogenetically old, behaviorally defined system that serves as a center for emotions. It controls the expression of anger, fear, and joy and also influences sexual behavior, vegetative functions, and memory. The system comprises a collection of tel-, di-, and mesencephalic structures whose components have evolved and increased over time. Previous animal research indicates that the anterior nuclear group of the thalamus (ANT), as well as the habenula (Hb) and the adjacent mediodorsal nucleus (MD) each play a vital role in the limbic circuitry. Accordingly, diffusion imaging data of 730 subjects obtained from the Human Connectome Project and the masks of six nuclei (anterodorsal, anteromedial, anteroventral, lateral dorsal, Hb, and MD) served as seed regions for a direct probabilistic tracking to the rest of the brain using diffusion-weighted imaging. The results revealed that the ANT nuclei are part of the limbic and the memory system as they mainly connect via the mammillary tract, mammillary body, anterior commissure, fornix, and retrosplenial cortices to the hippocampus, amygdala, medio-temporal, orbito-frontal and occipital cortices. Furthermore, the ANT nuclei showed connections to the mesencephalon and brainstem to varying extents, a pattern rarely described in experimental findings. The habenula-usually defined as part of the epithalamus-was closely connected to the tectum opticum and seems to serve as a neuroanatomical hub between the visual and the limbic system, brainstem, and cerebellum. Finally, in contrast to experimental findings with tracer studies, directly determined connections of MD were mainly confined to the brainstem, while indirect MD fibers form a broad pathway connecting the hippocampus and medio-temporal areas with the mediofrontal cortex.