脳機能ネットワークトポグラフィーの個人差は統合失調症の症状と関連している

Individual Variation in Functional Brain Network Topography is Linked to Schizophrenia Symptomatology.

• Uzma Nawaz
• Ivy Lee
• Adam Beermann
• Shaun Eack
• Matcheri Keshavan
• Roscoe Brady

抄録

安静時fMRI（rsfMRI）は、脳が分散したネットワークで構成されていることを示しています。これまでに数多くの研究で、精神症状とネットワークの機能的接続性との関連性が検討されてきた。従来のrsfMRI解析では、ネットワークの空間的な構成は個人間で不変であると仮定していました。しかし、最近では、ネットワークが個人間で有意な変動を示すことが明らかになり、このドグマは覆された。我々は、これまで観察されてきた統合失調症陰性症状の重症度とネットワークの接続性の関係が、実際にはネットワークの空間構成に個人差があることに起因しているのではないかという仮説を検証した。統合失調症と診断された44人の参加者にrsfMRIスキャンと臨床評価を行った。多変量パターン解析により、脳全体の機能的接続性が個々のボクセルレベルでの陰性症状の重症度とどのように相関しているかを明らかにした。右側背外側前頭前皮質の領域への脳の接続性は、陰性症状の重症度と相関していた。この知見は、デフォルトモードネットワーク(DMN)とタスクポジティブネットワーク(TPN)の2つのネットワークの地形分布の個人差に起因している。どちらのネットワークも、地形と症状の重症度の間に強い（r = ~0.49）、有意（P < 0.001）な関係を示しています。症状の重症度が低い人では、この重要な領域はDMNの一部である。症状の強い人では、この領域はTPNの一部である。これまで見落とされてきた脳組織の個人差は、統合失調症の症状の重症度の違いと密接に関連している。ネットワークトポグラフィーと病理学的症状との重要な関連を認識することで、認知や行動の表現型を支える重要な回路が明らかになる可能性がある。ネットワークトポグラフィーの個人差は、解剖学的なターゲティング（経頭蓋磁気刺激（TMS）など）を用いた臨床的介入に対する反応の違いを導き出していると考えられる。

Resting-state fMRI (rsfMRI) demonstrates that the brain is organized into distributed networks. Numerous studies have examined links between psychiatric symptomatology and network functional connectivity. Traditional rsfMRI analyses assume that the spatial organization of networks is invariant between individuals. This dogma has recently been overturned by the demonstration that networks show significant variation between individuals. We tested the hypothesis that previously observed relationships between schizophrenia-negative symptom severity and network connectivity are actually due to individual differences in network spatial organization. Forty-four participants diagnosed with schizophrenia underwent rsfMRI scans and clinical assessments. A multivariate pattern analysis determined how whole-brain functional connectivity correlates with negative symptom severity at the individual voxel level. Brain connectivity to a region of the right dorsolateral prefrontal cortex correlates with negative symptom severity. This finding results from individual differences in the topographic distribution of 2 networks: the default mode network (DMN) and the task-positive network (TPN). Both networks demonstrate strong (r = ~0.49) and significant (P < .001) relationships between topography and symptom severity. For individuals with low symptom severity, this critical region is part of the DMN. In highly symptomatic individuals, this region is part of the TPN. Previously overlooked individual variation in brain organization is tightly linked to differences in schizophrenia symptom severity. Recognizing critical links between network topography and pathological symptomology may identify key circuits that underlie cognitive and behavioral phenotypes. Individual variation in network topography likely guides different responses to clinical interventions that rely on anatomical targeting (eg, transcranial magnetic stimulation [TMS]).

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Maryland Psychiatric Research Center. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.