軽度認知障害における機能的結合の変化：M/EEG研究のメタ分析

背景と目的

アルツハイマー病（Alzheimer’s disease, AD）は、記憶喪失と認知機能障害を特徴とする神経変性疾患です。ADは高齢者の認知障害の主な原因であり、世界の症例の約60%から80%を占めています。年齢が上がるにつれてADの有病率が顕著に増加し、65歳から74歳の人々では3%、75歳から84歳の人々では17%、そして85歳以上の人々では32%に達します。したがって、ADは世界的な公共の健康問題となり、医療システムや社会コストに大きな影響を与えています。

ADの神経病理学的変化には、細胞外のβアミロイド蛋白（Aβ）蓄積と過度にリン酸化されたタウ蛋白（p-tau）による神経繊維のもつれが含まれ、これらの変化は神経細胞の死と最終的には脳萎縮とシナプス機能の障害を引き起こします。これらの変化は最初に嗅内皮質と海馬領域で始まり、病気の進行とともに新皮質へと広がります。しかし、ますます多くの証拠が示すように、ADの神経病理は一部の特定の機能領域、すなわちより大きな脳ネットワークの重要なノードを最初に標的とすることがあるかもしれません。

ADの神経変性の過程には長期間の非症候性の期間があり、この期間は数年から数十年に及ぶことがあります。この期間中に神経病理生理学的プロセスはすでに始まっており進行中ですが、臨床的な兆候はまだ目立ちません。その後、神経変性病変により前臨床段階である軽度認知障害（mild cognitive impairment, MCI）が生じ、これが徐々にそして不可逆的に自己管理能力を失わせ、最終的に認知症に至ります。MCIは通常の老化と潜在的なAD発症の中間段階と定義され、記憶（記憶型MCI, aMCI）または他の認知領域（非記憶型MCI, nMCI）の客観的な認知障害が特徴ですが、基本的な認知機能と日常生活活動は保たれます。

脳波（EEG）と磁気脳電図（MEG）などの神経生理学的測定法は、神経活動から生じる電磁信号を記録するための非侵襲的な方法です。これらの方法は機能的磁気共鳴画像法（fMRI）よりもコスト効率が高く実用的であり、時間分解能が高いです。既存の研究は、これらの技術を使用して軽度認知障害段階で早期の同期変化を観察できることを示していますが、これらの変化の方向（超同期/低同期）、領域、周波数帯は一致していません。本研究はメタ分析を通じて、潜在的なAD神経生理学的バイオマーカーに関連する既存の証拠を明らかにすることを目的としています。

研究ソース

本文はGiulia Buzi、Chiara Fornari、Alessio Perinelli、Veronica Mazzaによって共著され、著者は以下の研究機関に所属しています： - Inserm-EPHE-Unicaen, Caen, フランス。 - 脳/心の科学センター（CIMeC）、トレント大学、イタリアRovereto。 - トレント大学物理学科、イタリアTrento。 - INFN-TIFPA, Trento、イタリア。

この研究は《Clinical Neurophysiology》2023年第156巻、183-195ページに掲載されました。オープンアクセスの論文であり、Elsevier B.V.を通じてCC BYライセンスの下で公開されています。

研究の作業プロセス

文献検索とスクリーニング

文献検索は2022年12月10日から2023年6月まで実施され、検索データベースはPubMed, Scopus, Web of Science, PsycInfoを含みます。検索キーワードには“EEG”と“MEG”ならびに“connectivity”，“synchronization”，“Alzheimer”などが含まれます。スクリーニングの結果、3852件の記事の中から12件が基準を満たし、分析に含まれました。分析に含まれる論文は、効果サイズを含み、軽度認知障害患者の脳領域機能結合の変化を報告している必要があります。

メタ分析の方法

研究ではランダム効果のメタ分析を採用し、客観的に報告されていない効果量（NSUES）を排除しています。主に軽度認知障害（MCI）と健康高齢者（HC）群の静息状態における機能結合の変化を比較します。サンプルサイズの不均衡を避けるため、HCとMCIの対比のみを考慮しました。標準化平均差（SMD）を用いて、以下の脳領域間の異なる周波数帯の結合変化を分析しました： - 前頭葉-側頭葉（FT） - 前頭葉-頭頂葉（FP） - 前頭葉-後頭葉（FO） - 側頭葉-頭頂葉（TP）

データ抽出と分析

抽出された研究データには基本文献情報、実験パラメータ（例えば電極数と位置）、サンプル人口統計データ、結合測定指標、タスクタイプまたは静息状態のタイプ、結合変化の効果サイズが含まれます。統計分析では、異なる脳領域間の結合変化を比較し、森林プロットを通じて効果の推定と信頼区間を示しました。また、漏項分析（leave-one-out）と出版バイアスの検証も行いました。

主な結果

アルファ波帯

MCIとHCを比較したところ、側頭頭頂領域（d=-0.26）および前頭頭頂領域（d=-0.25）のアルファ同期性が有意に低下していることが分かりました。これにより、軽度認知障害患者のこれらの脳領域間の機能結合が弱まっていることが示されました。漏項分析を通じて、多くの場合において結果が高い再現性を持つことが確認されました。

シータ波帯

前頭頭頂領域のシータ同期性の有意な減少は多くの研究で裏付けられていませんが、一部のケース（特定の研究を除外すると）で中程度の効果を示しました。

デルタ波帯

デルタ波帯の脳領域間の比較では、顕著な同期性変化は見られませんでした。

ベータ波帯

ベータ波帯でも顕著な同期性変化は見られませんでした。

結論と意義

本メタ分析では操作と既存の文献の一致性を拡大し、MCI患者における特に側頭頭頂および前頭頭頂領域のアルファ波帯同期性が著しく低下していることを強調しています。これらの発見は、「断連症候群」仮説をさらに支持しており、認知機能障害は脳領域の機能統合の低下に関連している可能性があります。軽度認知障害段階でこれらの機能結合の変化が現れ、アルツハイマー病の早期診断と治療に重要な役割を果たします。

電気生理学的技術の高い実行可能性により、脳病理の変化を早期に検出し、病気の進行を管理する新たな戦略を提供します。さらなる研究は、病気を修正する治療法を開発し、神経変性の初期段階での早期介入を施行するのに役立ちます。

ハイライト

• 軽度認知障害段階では、側頭頭頂および前頭頭頂領域のアルファ波帯の機能結合が顕著に低下していること。
• メタ分析に新しい方法を採用し、結果の信頼性を向上させ、出版バイアスを回避。
• 電気生理学的測定はADの早期診断のための効果的なツールを提供し、臨床的応用価値が高いこと。

軽度認知障害段階の機能結合の変化を深く理解することは、臨床応用のためにより効果的な検出ツールと治療法を提供し、早期介入と最適な疾患管理戦略に寄与します。本研究はアルツハイマー病の早期機能的バイオマーカーの探求において顕著な科学的および応用的価値を持っています。