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DCD(発達性協調運動障害)の画像研究について

発達障害

はじめに

ここでは、わたしが2018年作成したアジア理学療法学生協会参加国会議大会(コングレス)において日本が発表した「発達性協調運動障害:DCD」について、その作成元となった論文を中心とした草案です。

元論文はElsevierより、

「brain activation associated with motor skill practice in children with DCD; an fMRI study」
「発達性協調運動障害をもつ子どもたちの運動能力と関連する脳の活性状態をfMRIで調べてみた」

です。

専門用語の羅列はご容赦ください。

 

概要

DCDの定義

DCDの定義:学術的な達成や日常生活を著しく妨げる協調運動障害を特徴とする状態(By APA, 2000)

これとは別に、現在DSM-5という精神・発達の基準にも診断基準が載っています。

 

DCDで障害されるのは大まかに3領域

  1. 姿勢制御の困難さ
  2. 新しい運動スキル学習の困難さ
  3. 感覚・運動協調性が欠如

 

論文の導入部分

DCDの子どもたちは、総じて不器用であるが、

  • その不器用性が小脳障害をもつ患者と類似していることから、不器用さは小脳に由来するものではないだろうか。
  • 不器用さが修正されないのは、自分で不器用さに気づいていないのか、単に修正する能力がないのかは現在わかっていない

なので、これらを調べるために「なぞり絵」で実験を行った。

 

 

実験内容

  • 対象7人のDCDの子どもたち(男6女1、他の発達障害に該当する症状がない)と7人のTD(定型発達)の子どもたち
  • なぞり絵:電子端末などで花の絵を光の線で表示する。子供にはその花をなぞってもらう。
  • 測定項目一枚あたりの時間時間当たりの枚数に分けてカウント。
  • ルール時間制限は花の絵(輪郭)の色で表す。絵を描かないとき(測定前後)は輪郭は赤色で表示される。緑色のときにだけ描いてもらう。
  • 期間:実験は4日間
  • 測定日1日目の1回目に測定。中2日間は測定せず実験と同じことを練習としてしてもらい、最終日にもう一度測定する。
最初と最後の試行で比較する

 

結果

発達性協調運動障害(DCD)と定型発達(TD)で比較すると、

練習前

同じ運動タスクを課したとき、TDは主として楔前部を使うのに対し、DCD前頭葉頭頂葉側頭葉BOLD反応がある。

BOLD反応:よく使っている脳領域には血液がよく回り、fMRIでは光って見えること
同じタスクに対して、DCDはTDの2倍も広い脳領域を使っているということを示す結果となった
ただし、その脳領域の活動性をみたときに、DCDはTDよりも反応が弱い
DCDはTDほどの脳活性を示さない代わりに、広い脳領域を使うことで補っていると考えられる。

 

練習後

  • なぞり絵のミス(はみだし方)について

DCDでは練習前と後で変化なし。TDでは練習後に有意にミスが減少。

  • 時間あたりの枚数について

DCDでは増加。TDでは変化なし。

  • 1枚あたりの時間について

DCDでは減少。TDでは変化なし。

 

考察

DCDではタスクに対する正確性は向上しないが、速度の向上は見られた。

しかし練習前後で脳活動に有意な変化はない

TDよりも脳活動レベルの向上が少なく、BOLDシグナルも弱い。

特にブロードマンの右40(縁上回)、18(二次視覚野)、37(紡錘上回)、9(前頭前野背外側部)、左の40、右小脳脚Ⅰ、左小脳小葉Ⅵ、Ⅸの脳活動の低さが目立った。

仮説通り、DCDの小脳ではTDほどの活動が見られなかった。TDでは反復練習により、右小脳脚I、左小脳小葉VI、IXの活動が増加していた。
小脳脚Iはワーキングメモリや高次機能と関わる。
小脳脚VIは小脳の感覚運動のネットワークの一部であり空間処理と関連、時間的に連続する動作に対するパフォーマンスの向上、様々な動作の獲得などにも強く関連する。
小脳脚IXの働きはよくわかっていない。

右BA9縁上回の活性は、DCDでは練習前より減少、TDでは大きく増加した。

縁上回の活動は明示的な運動獲得の初期段階、特に運動と視覚運動の連鎖に関わる。
BA9前頭前野背外側部は注意コントロールにも関係する。この領域の低活動がADHDに関連すると考えられている。

今回の実験結果は、DCDはTDよりも注意力に問題があるという他の研究とも一致する。

特にBA9の影響(注意か運動学習かあるいは両方)を受けていないとは言えない一方で、Querneは前頭前野領域の低活動を見ても、DCDの不器用は注意力の低下によると言えるのではないかと見解している。

これまでの研究においてのBA9における低BOLD信号とCADSにおける比較的高いスコアは、DCDの子供にとって注意力の欠落が運動スキルの獲得の影響を与える一因であることを示していると思われる。

CADSなどの注意力の標準テストでは、DCDの子供たちが臨床的に問題となるほど注意力を欠いていることを示してはいないが、注意はスキル獲得に欠かせないものであり、少しの障害でも学習効率に影響する。
BA40縁上回(下部側頭葉)に沿う右BA9前頭前野背外側部の活動は、空間ワーキングメモリに関係する。
縁上回下部の活動に加えて、DCDは回数をこなすにあたって、右BA40の活動にわずかな変化と、左BA40に活動の減少を示した。
一方でTDは左右のBA40ともに活動の増加を示した。

この結果から、空間ワーキングメモリはなぞり絵というタスクの学習を支えていると思われる。

BA40のより高い活動により深く関連する因子は、BA40における感覚情報と視覚フィードバックの処理という役割である。

感覚フィードバックは新しい運動スキル学習において重要な役割を果たしている。
他の研究者では、DCDの子供における側頭葉の低い活動性は運動コントロールにおける障害に固有感覚の入力の少なさが関係している可能性を示している、と考える人もいる。

 

他の脳部位は仮説と関わりがないが一応触れておくと、

DCDとTDでは、特に左BA37紡錘状回と右BA18二次視覚野で重大な違いがあった。

DCDに比べてTDは反復練習するにつれて左BA37紡錘状回で高い活動を示した。

左BA37紡錘状回は視覚―運動学習の統合の間のより高次な視覚と視覚空間との処理に関わっている。
同じようにBA18二次視覚野は、特に男性で視覚―空間処理に関わっているようだ。
なぞり絵というタスクの特性から鑑みて、この2領域の活動はなぞり絵特有のものだろう。

要約すると、仮説通り、DCDの子供は背外側前頭前野、下部側頭葉、小脳を含めたいくつかの領域でTDとは違う活動パターンを示した。

以前のニューロイメージング研究では前記3領域の機能的なつながりが示されており、それは、

DCDの子供たちは小脳―側頭葉と小脳―前頭葉の連携が弱い可能性がある

と示唆するものだった。

テンソルイメージングの普及が、DCDにおいてそうした特殊なネットワークが構築されているのかを決定するのに役立つかもしれない。

まとめると…

今回の結果はDCDとTDの2グループのなぞる動作の正確性が脳活動パターンの違いに関連するだろうというものに見える。

サンプル数が少ないため重要な相関を検出するのは難しいと思うかもしれないが、実験者は「TDの子供たちが反復練習をこなすにつれて正確さが増し、いくつかの領域において脳活動が高まった」という記録を取っている。

対照的に、「DCDの子供たちは正確さには変化がなく、TDがあれほど向上した脳活動も比較的低くとどまっている」。

今回調べた領域の脳活動が運動パフォーマンスの向上に寄与するのかについて、もっと大規模な実験が必要である。

サンプル数が少なく一般性に欠けるが、今回の実験結果は次回以降の実験で必要なデータ数を計算するもとになるはず。

ミスをなくし、運動学習の次の段階に到達するには、なぞり絵というタスクは実験には難しすぎたかもしれないし、練習期間が短すぎたかもしれない。

DCD、TDともに、小脳は運動学習の途中段階にあることが活動度よりわかる。

参照;上記タイトル論文

終わりに

現在なされているDCDについての脳画像研究で入手できたのはこの論文のみです。

これは2007年のものですが、現在はより新しい論文が出ているかもしれません。

また論文が読め次第まとめさせていただきます。

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