​Functional Connectivity

脳内の機能的なネットワーク性を検討する画像解析手法の代表として，Resting state fMRIがあります．

従来のfMRIは課題遂行時の神経活動に伴うBOLD信号（オキシヘモグロビンの増加による核磁気共鳴信号の増強）を捕捉していましたが，Resting state fMRIは安静時に生じる0.1Hz未満の自発的なBOLD信号の揺らぎ成分を捕捉して各脳領域間の時間的相関関係を算出し，解剖学的に離れた領域間の相関を脳内の機能的なネットワーク性とみなすものです．

例えば，健常人の中心前回（運動野）は，同側の中心後回や対側の中心前回・中心後回，補足運動野などとの間に強いconnectivityが認められ，両側の脳が協調していることが分かります（Figure 1）．

近年では高磁場の3.0 Tesla MRIを用いた脳卒中患者のFunctional Connectivity解析において，損傷側半球の中心前回（運動野）と対側の視床および補足運動野のconnectivityが保たれた脳卒中患者は運動機能の回復が良好であり，6ヶ月後のFugle-Meyer assessmentとも相関することことが報告されています（Park, 2011）．

​また，一般の病院で頻用されている1.5 Tesla MRIを用いた我々の研究（Tamari, 2018）においても，運動機能の障害が軽度な脳卒中患者は健常人に類似したconnectivityを示し，運動機能の障害が重度な患者はconnectivityが減弱していました​（Figure 2）．

さらに，脳卒中患者の回復過程におけるFunctional Connectivityの経時的な変化を追跡した研究により，発症時に低下した両側の感覚運動皮質間のconnectivityが麻痺の回復とともに改善することや（Golestani, 2013），早期に回復する患者は回復が遅延する患者と比較して半球間のconnectivityが有意に強いこと（Jung, 2013）などが知られています．

​​また，脳梗塞発症後にリハビリテーションの開始が遅延（23病日）した症例のFunctional Connectivityを縦断的に調査した我々の研究（Tamari, 2018）では，脳の構造的損傷がごく軽度であったにもかかわらず病変側の中心前回のconnectivityが著しく減弱していましたが，長下肢装具と短下肢装具を段階的に併用しつつ積極的なリハビリテーションを行った結果，運動機能や歩行能力の改善とともに，対側の中心前回や補足運動野，視床，両側の小脳といった体性感覚や運動制御を担う領域とのconnectivityが増強していました（Figure 3）．

Figure 3　リハビリテーションによるFunctional Connectivityの変化（Seed: 左側（病変側）の中心前回）
左図​：75病日　右図：137病日

Resting state fMRIは従来のfMRIのような課題設定が不要であるため，運動機能が不良な脳卒中急性期の患者も解析可能であるほか，デフォルトモードネットワークや注意ネットワークといった高次脳機能についても解析可能という利点がありますが，その一方で，MRI撮像時の体動や覚醒状態の影響を受けやすいため，解析結果の解釈には慎重である必要があります．

Laboratoryでは，脳損傷の程度（梗塞や出血の大きさ）とFunctional Connectivityの関係や，リハビリテーションによる変化などについて研究を行っています．

Structural Connectivity

​脳内の構造的なネットワーク性を検討する画像解析手法の代表として，Diffusion Tensor Imaging（DTI）があります.

DTIはmotion probing gradientという傾斜磁場を多方向に印加し，熱運動によりもたらされる水分子の拡散の方向と大きさを信号強度として画像化したものです．

水分子は神経線維のない部位では等方性に拡散しますが，神経線維が存在する部位では線維方向に沿って異方性に拡散するという特徴があるため，​DTIではこの異方性をfractional anisotropy（FA）という指標で定量することが可能であり，また，拡散の大きさについてもみかけの拡散係数（apparent diffusion coefficient: ADC）として定量することが可能です．

さらに，MRIの隣接ボクセルの異方性を一定条件下で連続的に追跡することにより，神経線維を仮想的に描出することも可能で，この技術は拡散テンソルトラクトグラフィー（Diffusion Tensor Tractography: DTT）と呼ばれています（Movie 1）．

脳梗塞や脳出血により脳の神経線維が損傷するとFA値が変化するため，DTTを用いて特定の神経線維群のFA値と運動機能の関係などを調査することにより，脳卒中後の運動機能の予後予測やより良いリハビリテーションプログラムの検討が行われています．