TDCSによる自閉症児の抑制制御強化および持続注意の転移効果研究：fNIRSを用いた研究

背景

自閉症スペクトラム障害（Autism Spectrum Disorder、ASD）は、社会的な交流の障害、狭い興味領域、および反復行動を特徴とする神経発達障害です。多数の研究で、ASDの個体は抑制制御能力に顕著な欠陥があることが示されています。この欠陥は特に子供や青少年期に顕著であり、特定の脳領域の発達障害が原因とされています。したがって、子供の時期にASD個体の抑制制御欠陥を解決することは非常に重要です。これは彼らの将来的な他の能力の発展にとって極めて重要だからです。

現在、ASD個体の抑制制御能力に向けた介入は主に行動訓練が中心です。しかし、単一の訓練方法の効果は理想的ではなく、長期間の介入時間を要します。経頭蓋直流電気刺激（Transcranial Direct Current Stimulation、TDCS）は、新興の神経調節技術として、その良好な安全性と耐受性によって、近年、認知神経科学および臨床分野で広く注目されています。TDCSの作用機序は、標的神経細胞に微弱な直流電流を加えることで神経細胞膜電位を調整し、大脳の興奮性を変化させることにあります。通常、陽極TDCSは神経細胞の興奮性を増加させ、陰極TDCSは神経細胞の興奮性を低下させます。既存の研究では、TDCSは行動療法の効果を強化できることが示されています。

研究の出典

本論文《The effect of tdcs on inhibitory control and its transfer effect on sustained attention in children with autism spectrum disorder: an fnirs study》は、以下の著者によって共同で執筆されました：Liu Chen、Bang Du、Ke Li（共同第一著者）、Kaiyun Li（通信著者）、Tingting Hou、Fanlu Jia（中国済南大学教育と心理学院）、Li Li（中国淄博市博山特殊教育センター学校）。この論文は2024年4月30日にBrain Stimulation誌に掲載されました。

研究方法

手順

本研究は、複数回のTDCSと抑制制御訓練を組み合わせて、ASD児の抑制制御、近転移効果（干渉制御）、および遠転移効果（持続注意、注意の安定性）に与える影響を探り、機能的近赤外線分光法（fnirs）技術を用いてこれらの効果の脳活動変化を測定することを目的としています。

実験には28人のASD児が含まれ、真性TDCS群と模擬TDCS群にランダムに分配されました。実験群は毎日15分間、8日間連続で両額葉に1.5mAの強度でTDCS刺激を受け、同時に計算機化したgo/no-go抑制制御訓練タスクを実施しました。行動パフォーマンスは犬/猿および昼/夜ストループタスク（抑制制御）、連続性能測定およびキャンセルテスト（持続注意）を通じて評価されました。さらに、教室および家庭での抑制制御と持続注意も評価されました。

fnirsおよびTDCSのパラメータ

fnirsは、計算機化した昼/夜ストループタスクおよび連続性能測定中の参加者の脳の酸素化ヘモグロビン（HbO）の変化を記録しました。TDCSのパラメータは、陽極電極が左額葉のF3位置に、陰極電極が右額葉のF4位置に配置され、各刺激時間は15分、強度は1.5mAと設定されました。模擬TDCSは、真性TDCSと同じ刺激時間ですが、開始と終了時にのみ短時間の電流刺激を行い、実験中は電流刺激が行われませんでした。

データ処理

fnirsデータはNIRSparkソフトウェアを用いて解析され、血液酸素濃度の時系列データは一般線形モデル（GLM）を使用して処理されました。行動データの統計解析はSPSS 25.0ソフトウェアを使用し、各群の異なる時間点のパフォーマンスに対してF検定を行いました。

研究結果

近転移効果

近転移タスク（犬/猿および昼/夜ストループタスク）の結果は、TDCSと同期したgo/no-go訓練を受けたASD児童が、その抑制制御（犬/猿タスクのスコア、昼/夜ストループタスクの反応時間差および正確率）の面で顕著に改善されたことを示しています。これにより、両額領域にTDCSを施すことでASD児の抑制制御能力および類似タスクにおける転移効果を効果的に高めることができることが確認されました。

遠転移効果

遠転移タスク（連続性能測定およびキャンセルテスト）では、ASD児はTDCSと同期した抑制制御訓練後に反応時間（RT）および注意の安定性（LISASスコア）が顕著に改善されました。これにより、TDCSがASD児の持続注意を向上させ、その効果が異なる種類のタスクで表れることが示されました。

生理的反応

fnirsの結果は、TDCSを受けたASD児がタスクを遂行する際に右前額極（FPA）および両側背外側前頭皮質（DLPFC）の血液酸素濃度（HbO）が顕著に増加したことを示しています。これにより、TDCSがASD児の行動パフォーマンスを向上させるだけでなく、関連脳領域の活動を強化することも確認されました。

教室および日常生活でのパフォーマンス

教室環境でのASD児は持続注意の面でのパフォーマンス頻度および総時間が顕著に改善され、問題行動の総時間が顕著に減少しました。しかし、日常生活における抑制制御および持続注意のスコアでは顕著な改善が見られませんでした。

結論

本研究により、複数回のTDCSと抑制制御訓練を組み合わせることで、ASD児の抑制制御能力および関連タスクにおける転移効果を顕著に向上させ、その効果が教室環境でも確認されることが明らかになりました。しかし、日常生活における効果は顕著な改善が見られませんでした。

研究の意義

本研究は、TDCSと抑制制御訓練を組み合わせる方法が、安全かつ効果的な手法としてASD児の抑制制御能力および持続注意を向上させる可能性があることを示しています。この方法は、ASD児の行動パフォーマンスを改善するだけでなく、関連脳領域の活動を強化することにも顕著な効果を示しています。将来の研究では、さまざまなパラメータや訓練強度のTDCSがASD児に与える長期的な効果をさらに探るとともに、より広範な人々に対する適用性を検証することが重要です。さらに、脳の機能的な接続性やネットワークの変化を探ることで、ASD患者の神経機構の理解に一層の貢献ができる可能性があります。

将来の研究方向

本研究は、TDCSがASDに与える影響に関して重要な貢献をしたものの、いくつかの限界も存在します。例えば、本研究はIQ>60のASD児童のみを対象としましたが、将来的には年齢やIQ範囲を拡大して、結果の一般化性を高めることが求められます。また、神経機能の接続性や異なる脳領域の変化と組み合わせて、ASD患者の抑制制御の神経機構についてさらに研究することが必要です。