生涯にわたり脳の状態を定量化する脳チャート

生まれてから数年は成長に問題がないか？
母子健康手帳などを通して行われます。
一般的な成長曲線があります。
その年齢の身長、体重などの分布が示されていて
成長が早いか、遅いか？
あるいは決められた偏差を超えて問題があるか？
これらが診断されます。
ーー
小学校、中学校、高校生になっても
身体計測などは行われます。
また、その他健康診断などにおいては
年齢に関わらず、毎年受けている人はいると思います。
身体の状態というのは
大人になって安定期に入るとはいっても
様々な要因で変動するので
何か異常がないか？定期的にチェックする人はいます。
そういったことが団体で義務付けられている所もあります。
ーー
そのように移り行く身体の状態の中で
脳神経に関しては基準となるデータがないとされています。
胎児、新生児、幼児、青年、若年、中年、高齢と
生涯にわたって脳の状態は変化します。
例えば、前頭葉は高齢になると萎縮する
(表面積、容積が小さくなる)と一般的に言われています。
おそらくそうした変化も個人差があって
各年齢でデータを集めてみると
幼児期の身体の成長曲線チャートのように
ガウシアン分布になっていると思います。
その中で一定の偏差の中に収まるかどうか？
という事を評価するのは原理的には可能だと考えられます。
ーー
例えば、周産期の胎児の状態は
その後の脳神経成長に大きく影響を与え、
精神疾患などに対する脆弱性に関わるとされています(2-4)。
必ずしもそうではないですが、
早産や遺伝的な要因で脳の構造に異常があると
それは大人になっても継続し、
学習障害や精神障害になることがあります(5,6)。
現時点では高齢の方が罹りやすいアルツハイマー症なども含めた
脳神経に関わる疾患は
示している症状をベースに治療が行われると考えられます。
身長、体重、血圧などの数字化できるデータではなく
医師が症状を判断して、経験も踏まえて治療に当たっている
状況であると推測されます。
ーー
R. A. I. Bethlehem, J. Seidlitz, S. R. White(敬称略)ら
国際的な医療研究グループは
Fig.1aに示される100以上グループで行われた
〇123984回のMRIスキャンデータ、
〇101457人の参加者
〇受胎から115日から100歳までの年齢
これらのデータを集めて
脳の様々な指標に対する年齢経時的なグラフを作成しています。
その指標とは
灰白質、白質、皮質灰白質、脳室、大脳の大きさ
表面積、大脳皮質厚です。
中央値に実線が引かれ、CI:97.5%に点線が引かれています。

//考察//ーー
例えば、発達障害、自閉症スペクトラム疾患、
統合失調症、その他の精神疾患、
神経変性(アルツハイマー病、パーキンソン病、認知症)、
様々な脳の疾患において
個別、集団に関わらず、
脳のどの項目が平均的な値からどれくらい離れているか？
ということを測ることができます。
またその程度や前兆なども定量的に計測する事ができます。
さらには、
こうした偏差と症状がどのようにリンクするか？
ということも
このチャートをベースにして研究する事ができます。
身長、体重、血圧を測るように
毎年健康診断で自分の脳の状態を測り、
集団の中でどの位置にあるかということも調べることもできます。
一般的には中年を過ぎると
脳の大きさは小さくなっていく一方ですが、
ある条件では大きくなるという事もあるかもしれません。
そういった発見も生まれる可能性があります。
こうしたデータはビックスケールなので
神経細胞やグリア細胞の細胞生物学などの
ミクロな分野と連携させることで
脳神経に対する発達、病理を含めた理解が
年齢縦断的にできる可能性があります。
また、数字データとして蓄積させる事ができるので
コンピューターや人工知能と相性の良い取り組みです。
脳神経は連合野として様々な領域を持っているので
より領域を細分化して定量化することで
違った発見がある可能性もあります。
--
R. A. I. Bethlehem氏ら国際的なグループによる
今回の生涯にわたる大規模な脳チャートの作成は
今後の脳神経系の理解において
大きく意義のある取り組みであると考えられます。
脳は複雑であり、
神経系の位置、つながり、連携(電気信号)を考えると
再現性を得るのが原理的に難しいため
思ったように一定の傾向が得られない事も
あるかと思いますが、
重要な指標になる可能性を秘めていると考えられるので
さらに取り組みが推し進められることを願います。

(参考文献)
(1)
R. A. I. Bethlehem, J. Seidlitz, S. R. White, J. W. Vogel, K. M. Anderson, C. Adamson, S. Adler, G. S. Alexopoulos, E. Anagnostou, A. Areces-Gonzalez, D. E. Astle, B. Auyeung, M. Ayub, J. Bae, G. Ball, S. Baron-Cohen, R. Beare, S. A. Bedford, V. Benegal, F. Beyer, J. Blangero, M. Blesa Cábez, J. P. Boardman, M. Borzage, J. F. Bosch-Bayard, N. Bourke, V. D. Calhoun, M. M. Chakravarty, C. Chen, C. Chertavian, G. Chetelat, Y. S. Chong, J. H. Cole, A. Corvin, M. Costantino, E. Courchesne, F. Crivello, V. L. Cropley, J. Crosbie, N. Crossley, M. Delarue, R. Delorme, S. Desrivieres, G. A. Devenyi, M. A. Di Biase, R. Dolan, K. A. Donald, G. Donohoe, K. Dunlop, A. D. Edwards, J. T. Elison, C. T. Ellis, J. A. Elman, L. Eyler, D. A. Fair, E. Feczko, P. C. Fletcher, P. Fonagy, C. E. Franz, L. Galan-Garcia, A. Gholipour, J. Giedd, J. H. Gilmore, D. C. Glahn, I. M. Goodyer, P. E. Grant, N. A. Groenewold, F. M. Gunning, R. E. Gur, R. C. Gur, C. F. Hammill, O. Hansson, T. Hedden, A. Heinz, R. N. Henson, K. Heuer, J. Hoare, B. Holla, A. J. Holmes, R. Holt, H. Huang, K. Im, J. Ipser, C. R. Jack Jr, A. P. Jackowski, T. Jia, K. A. Johnson, P. B. Jones, D. T. Jones, R. S. Kahn, H. Karlsson, L. Karlsson, R. Kawashima, E. A. Kelley, S. Kern, K. W. Kim, M. G. Kitzbichler, W. S. Kremen, F. Lalonde, B. Landeau, S. Lee, J. Lerch, J. D. Lewis, J. Li, W. Liao, C. Liston, M. V. Lombardo, J. Lv, C. Lynch, T. T. Mallard, M. Marcelis, R. D. Markello, S. R. Mathias, B. Mazoyer, P. McGuire, M. J. Meaney, A. Mechelli, N. Medic, B. Misic, S. E. Morgan, D. Mothersill, J. Nigg, M. Q. W. Ong, C. Ortinau, R. Ossenkoppele, M. Ouyang, L. Palaniyappan, L. Paly, P. M. Pan, C. Pantelis, M. M. Park, T. Paus, Z. Pausova, D. Paz-Linares, A. Pichet Binette, K. Pierce, X. Qian, J. Qiu, A. Qiu, A. Raznahan, T. Rittman, A. Rodrigue, C. K. Rollins, R. Romero-Garcia, L. Ronan, M. D. Rosenberg, D. H. Rowitch, G. A. Salum, T. D. Satterthwaite, H. L. Schaare, R. J. Schachar, A. P. Schultz, G. Schumann, M. Schöll, D. Sharp, R. T. Shinohara, I. Skoog, C. D. Smyser, R. A. Sperling, D. J. Stein, A. Stolicyn, J. Suckling, G. Sullivan, Y. Taki, B. Thyreau, R. Toro, N. Traut, K. A. Tsvetanov, N. B. Turk-Browne, J. J. Tuulari, C. Tzourio, É. Vachon-Presseau, M. J. Valdes-Sosa, P. A. Valdes-Sosa, S. L. Valk, T. van Amelsvoort, S. N. Vandekar, L. Vasung, L. W. Victoria, S. Villeneuve, A. Villringer, P. E. Vértes, K. Wagstyl, Y. S. Wang, S. K. Warfield, V. Warrier, E. Westman, M. L. Westwater, H. C. Whalley, A. V. Witte, N. Yang, B. Yeo, H. Yun, A. Zalesky, H. J. Zar, A. Zettergren, J. H. Zhou, H. Ziauddeen, A. Zugman, X. N. Zuo, C. Rowe, C. R. Jack Jr G. B. Frisoni, D. E. Astle, R. N. Henson, Y. S. Wang, N. Yang & X. N. Zuo, V. D. Calhoun, B. Holla, J. H. Cole, N. Bourke, H. C. Whalley, D. C. Glahn, J. Seidlitz, R. A. I. Bethlehem & A. F. Alexander-Bloch, A. D. Edwards, H. Karlsson, L. Karlsson, J. D. Lewis & J. J. Tuulari, K. A. Johnson, K. A. Johnson, K. A. Johnson & K. A. Johnson, S. Desrivieres, A. Heinz, T. Jia & G. Schumann, J. Bae, K. W. Kim & S. Lee, C. R. Jack Jr & D. T. Jones, E. T. Bullmore, R. Dolan, P. Fonagy, I. M. Goodyer & P. B. Jones, E. Anagnostou, M. Ayub, J. Crosbie, C. F. Hammill, E. A. Kelley, J. Lerch & R. J. Schachar, A. Pichet Binette & S. Villeneuve, J. A. Elman, C. E. Franz & W. S. Kremen, E. T. Bullmore & A. F. Alexander-Bloch 
Brain charts for the human lifespan
Nature (2022)
(2)
Heuer, K. & Toro, R. 
Role of mechanical morphogenesis in the development and evolution of the neocortex. 
Phys. Life Rev. 31, 233–239 (2019).
(3)
Werling, D. M. et al. 
Whole-genome and RNA sequencing reveal variation and transcriptomic coordination in the developing human prefrontal cortex. 
Cell Rep. 31, 107489 (2020).
(4)
Gilmore, J. H., Knickmeyer, R. C. & Gao, W. 
Imaging structural and functional brain development in early childhood. 
Nat. Rev. Neurosci. 19, 123–137 (2018).
(5)
Nosarti, C. et al.
Preterm birth and psychiatric disorders in young adult life. 
Arch. Gen. Psychiatry 69, E1–E8 (2012).
(6)
Wheater, E. et al. 
Birth weight is associated with brain tissue volumes seven decades later but not with MRI markers of brain ageing. 
Neuroimage Clin. 31, https://doi.org/10.1016/j.nicl.2021.102776 (2021).