慢性耳鳴患者の脳機能ネットワークトポロジー特徴の再編成研究

学術的背景紹介

耳鳴りは、外部音源や内部の聴覚知覚がない状況で音を感知する現象であり、世界的な有病率は11.9％から30.3％の間です。耳鳴り患者は、聴覚過敏や聴力障害などの聴覚症状だけでなく、不安、うつ、不眠、注意力散漫などの心理的症状も経験します。これらの症状は、耳鳴りの重症度と密接に関連しています。2014年に発表された米国臨床診療ガイドラインによると、耳鳴りは最近発症した耳鳴り（持続期間6ヶ月未満）と持続性耳鳴り（持続期間6ヶ月以上）に分類されます。最近発症した耳鳴りと持続性耳鳴りは、通常、音量、周波数、および耳鳴りに関連する情緒障害の違いなどの異なる臨床的特徴を示します。しかし、耳鳴りの慢性化の正確なメカニズムはまだ不明です。

耳鳴りの病理生理学は複雑で多因子的であり、末梢および中枢系が関与しています。当初、耳鳴りは末梢聴覚系の異常な神経活動に起因すると考えられていましたが、最近の研究では、耳鳴りは広範に分布する脳ネットワークにおける異常な神経活動と関連していることが示されています。これらのネットワークには、聴覚ネットワークおよび前頭葉皮質、海馬傍回、帯状回、島皮質、小脳などの非聴覚構造が含まれます。これらの異常な神経活動は、複数の脳ネットワークにまたがっています。耳鳴りの神経メカニズムに関する多くの研究が行われていますが、最近発症した耳鳴りから持続性耳鳴りへの進行における神経変化に関する研究はまだ少ないです。

論文の出典

本論文は、Shuting Han、Yongcong Shen、Xiaojuan Wu、Hui Dai、Yonggang Li、Jisheng Liu、およびDuo-Duo Taoによって共同執筆され、それぞれ蘇州大学第一附属医院放射線科および耳鼻咽喉科に所属しています。この研究は2025年にEuropean Journal of Neuroscience誌に掲載され、タイトルは「Topological features of brain functional networks are reorganized during chronic tinnitus: a graph-theoretical study」です。

研究のプロセス

研究対象とグループ分け

研究では、51名の耳鳴り患者（最近発症した耳鳴りグループと持続性耳鳴りグループに分けられる）と27名の健康対照群（HC）を募集しました。すべての参加者は、安静時機能磁気共鳴画像法（rs-fMRI）および聴覚学的評価を受けました。研究では、グラフ理論（graph theory）を使用して脳ネットワークのトポロジー構造を検査しました。

データ収集と前処理

MRIスキャンはPhilips 3.0T Ingenia MRIスキャナーを使用して行われ、T1強調画像と安静時機能磁気共鳴画像（rs-fMRI）データを収集しました。データの前処理には、フォーマット変換、最初の10タイムポイントの除去、スライスタイミング補正、モーション補正、コレジストレーション、空間正規化、トレンド除去、フィルタリングなどのステップが含まれます。

脳機能ネットワークの構築と分析

研究では、GretnaツールボックスとAALアトラスを使用して、脳を90の関心領域（ROI）に分割し、ノード間のピアソン相関係数を計算して90x90の接続行列を構築しました。スパース性閾値を適用することで、すべてのネットワークのノード数とエッジ数が等しくなるようにしました。ネットワーク分析には、特性経路長（LP）、クラスタリング係数（CP）、正規化クラスタリング係数（gamma）、正規化特性経路長（lambda）、スモールワールド係数（sigma）、および脳ネットワーク効率（グローバル効率（Eglob）およびローカル効率（Eloc）を含む）などのグローバルパラメータとノードパラメータの計算が含まれます。

モジュール分析

研究では、90のROIを6つのサブモジュールに分割しました：前頭葉、前頭前野、頭頂葉、側頭葉、後頭葉、および皮質下モジュール。最近発症した耳鳴りグループ、持続性耳鳴りグループ、および健康対照群の間のモジュール内およびモジュール間の接続強度を計算しました。

主な結果

グローバルパラメータの比較

研究結果によると、最近発症した耳鳴りグループ（ROT）のクラスタリング係数（CP）、正規化クラスタリング係数（gamma）、およびローカル効率（Eloc）は、健康対照群（HC）および持続性耳鳴りグループ（PT）よりも有意に低いことが示されました。これは、最近発症した耳鳴り患者の脳ネットワークのローカル接続性が低いことを示していますが、耳鳴りが持続するにつれてこれらの変化は徐々に回復します。

ノードパラメータの比較

ノード分析では、最近発症した耳鳴りグループの左側尾状核および左側嗅皮質のノードクラスタリング係数（NCP）およびローカル効率（NLE）が有意に低下し、左側眼窩前頭前野および左側中心後回のノード中心性が増加しました。さらに、最近発症した耳鳴りグループの右側被殻のノードクラスタリング係数および左側嗅皮質のノード効率も有意に低下しました。

モジュール分析の結果

モジュール分析では、最近発症した耳鳴りグループの皮質下モジュールと後頭葉モジュール間の接続強度、および前頭前野モジュールと前頭前野モジュール間の接続強度が、持続性耳鳴りグループおよび健康対照群よりも有意に強いことが示されました。一方、持続性耳鳴りグループの皮質下モジュール内の接続強度は、健康対照群よりも有意に強いことが示されました。

相関分析

耳鳴り患者グループでは、耳鳴りの持続期間と右側嗅皮質のノードローカル効率との間に正の相関が認められました。

結論と意義

本研究では、グラフ理論分析を用いて、耳鳴り患者の疾患の異なる段階における脳機能ネットワークのトポロジー構造の変化を明らかにしました。研究結果によると、最近発症した耳鳴り患者の脳ネットワークのローカル接続性およびグローバル情報伝達能力が低下していますが、耳鳴りが持続するにつれてこれらの変化は徐々に回復します。さらに、左側眼窩前頭前野、左側尾状核、および両側嗅皮質などのいくつかの重要なノードの機能異常が発見されました。これらの変化は、耳鳴りに対する脳の中央代償反応を反映している可能性があります。

研究の科学的価値と応用価値

本研究は、耳鳴り患者の脳機能接続の再編成に関する理解を拡大するだけでなく、耳鳴りの慢性化における脳ネットワークトポロジーの再編成の証拠を提供します。これらの発見は、耳鳴りの診断と治療のための新しいバイオマーカーおよび治療ターゲットを提供する可能性があります。

研究のハイライト

1. 新しい研究方法：本研究は、グラフ理論を用いて耳鳴り患者の疾患の異なる段階における脳機能ネットワークトポロジー構造の変化を体系的に分析した初めての研究です。
2. 重要な発見：最近発症した耳鳴り患者の脳ネットワークのローカル接続性およびグローバル情報伝達能力が低下していることが明らかになりましたが、耳鳴りが持続するにつれてこれらの変化は徐々に回復します。
3. 潜在的な応用価値：研究結果は、耳鳴りの診断と治療のための新しいアプローチを提供し、特に脳ネットワークトポロジー構造の変化を通じて耳鳴りの慢性化プロセスを評価するための新しい視点を提供します。

その他の価値ある情報

本研究は重要な進展を遂げましたが、サンプルサイズが小さい、構造MRIデータを分析していないなどのいくつかの制限があります。今後の研究では、サンプルサイズを拡大し、構造MRIデータを組み合わせることで、耳鳴りの慢性化プロセスにおける脳ネットワーク再編成メカニズムをさらに探求することができます。