ベアデンさんのMEGではなくて脳マッピングのMEG

.3 MEG：言語マッピングの非侵襲的な代替

MEGは、ニューロン凝集体の細胞内電流によって生成された磁束の記録を使用して、皮質の活性化マップをリアルタイムで生成できる機能的ニューロイメージングモダリティの最も新しいものです[15]。 MEGによる皮質活動のイメージングの背後にある理論的根拠は、神経伝達の基本的な電磁特性に基づいています。外部刺激（認知または感覚）に応答した脳の活性化は、細胞内イオン（電流）および関連する磁場の流れの増加を特徴とするニューロンシグナル伝達の局所的増加をもたらし、後者は方向に垂直です右側の規則[16]に従って現在。刺激を繰り返し適用すると、これらの電流と場が継続的に誘発され、誘発された（電気的）電位の形で頭皮の表面で測定され、それらの磁気対応物、イベント関連磁場（ERF）が発生します。ただし、組織のさまざまな層（脳、頭蓋骨、頭皮など）間の導電率の違いによって大きく歪む誘発電位とは異なり、磁気信号はインピーダンスなしで頭蓋骨を貫通します。したがって、頭皮表面上のERFの分布により、皮質活動の基礎となるニューロンアセンブリの空間範囲（0.1〜1 cm）と時間的ダイナミクス（1 ms）のかなり正確な推定が可能になります[17〜20]。

神経磁気信号の顕著な特性は非常に弱い性質であり、地球の定常磁場、関連する周囲環境（電力線や交通など）、筋原性活動（心臓反応など）よりも数桁小さいです。したがって、磁束の微小な変化の測定は、外部の磁場から対象の信号を区別できる高度な機器に依存しています。磁束の記録は、磁力計と呼ばれる特殊なセンサーを使用して実行されます。このセンサーは、頭皮の表面に垂直に配置され、通常は液体ヘリウムである極低温冷媒に浸されたワイヤの超伝導ループで構成されます。磁束の変化がループを通り抜けると、電流が誘導され、その強度は磁束の密度に比例します。各磁力計は、磁束によって超伝導コイル内に誘導される電流に比例する電圧を生成する高利得増幅器として機能する、SQUID（超伝導量子干渉デバイス）として知られる追加の超伝導デバイスに結合されます。初期のシングルチャンネルレコーディングユニット[17]とは対照的に、現代のMEGシステムには、最適な空間分解能に必要な頭全体をカバーできる150から300の磁力計が装備され、高透磁率の材料で構築されたシールドルーム内に収容されています。外部環境からのノイズを減衰させることができます。

誘発電位と同様に、ERFは、外部刺激の提示に時間ロックされた磁束の強さの体系的な時間的変動を表す波形です。典型的なMEG記録では、刺激が繰り返し提示され、その間、各磁力計で頭部の表面を貫く磁束が一定間隔（通常、認知研究では4msごと）でサンプリングされます。繰り返しごとに、磁束測定値の時系列の形式のERFセグメントが各磁力計センサーから記録され、刺激開始の数ミリ秒前から数百ミリ秒後に続きます。時変磁気活動のプロファイルを強化するために、各刺激の繰り返しで作成されたERF記録は、外部ソースによって導入された低周波および高周波の汚染物質を除去し、その後一緒に平均化されます。典型的な平均ERFは、2つのセグメント（図1を参照）、つまり刺激のモダリティ（聴覚または視覚）に特有の感覚皮質の活動を反映する「初期」コンポーネント（刺激前50〜200ミリ秒）によって特徴付けられます。 、および言語処理などのより高い認知機能の実行の基礎となる神経生理学的プロセスから生じる関連領域の活動に対応する「後期」コンポーネント（刺激後200〜800ミリ秒）。各時点で、頭皮表面の磁束分布を等磁場等高線図として表示し（図2）、ERFの頭蓋内起源を数学的に推定するために使用できます。頭蓋内活動源を再構築するためのいくつかのアルゴリズムが存在するが[詳細なレビューについては21、22を参照]、最も一般的に適用されるモデル、および直接電気皮質刺激に対する外部検証[10、23]は等価電流双極子（ECD）[ 20、24、25]。この方法を使用すると、頭蓋内活動源の最も可能性の高い位置と強度は、電気カレと同等と見なされます
連続認識メモリパラダイム：標準化言語マッピングプロトコル

過去10年にわたり、「ゴールドスタンダード」侵襲的臨床手順に対して有効と見なされる信頼性の高いMEG言語マッピングプロトコルを開発するために、かなりの量の研究が研究室で行われました。この一連の作業に基づいて、言語固有の皮質のマッピングは、連続認識メモリ（CRM）パラダイム[11、27–32]として知られる短期記憶[26]のSternbergタスクのバリアントを使用して最も容易に達成されました。 。実際には、このパラダイムは、聴覚または視覚のいずれかの様式で提示された単語の出現について行われた認識判断に基づいて、受容言語領域で活動を引き出すために使用される言語記憶のテストです。このパラダイムで使用される刺激は、Paivio Concretenessスケール[33]で3.0以下のスコアと、「非常に頻繁」（AA）から一部の百万回あたり9回の出現頻度までの90の抽象的な英語名詞のセットから引き出されます、ターゲットおよびディストラクタとして指定された単語の2つのサブセットを作成するために使用されます。このタスクの聴覚バージョンと視覚バージョンの両方で、参加者にはターゲットワードのセットが提示され、MEG録音セッションの直前に学習して正確に繰り返すように指示されます。その後、これらのターゲットワードはディストラクタと混合され、ランダムに提示されます。その間、参加者はターゲット刺激の検出時に応答するように求められ、各ワードにタイムロックされたERFが約150ミリ秒のレイテンシで記録されます。および刺激後1000ミリ秒の開始。

聴覚言語の理解と読解は、多くの要素を共有するメカニズムによって支えられています[29]。これらのメカニズムの類似点と微妙な違いの両方を特定することは、同じ言語刺激を音響的または視覚的に参加者に提示することができるためです。参加者は両方の場合に同じ方法で刺激を処理するように指示されます。したがって、視覚的なCRMタスクは、単一単語の読み取りなどのより動的な言語プロセスに関与するメカニズムを識別するためにも適用されています[13、27、34]。このタスクを補完するものとして、私たちの研究室でのMEG研究では、文字から音声へのデコードの音韻的側面など、読書のより基本的な特徴にも取り組んでいます[11、35、36]。音韻解読の神経相関を識別するために使用されるプロトコルは、疑似単語韻律マッチングタスクの適応でした[37]。このタスク中に、参加者は2つの正書法的には異なるが発音可能な文字列（例：gnume-noom）について韻を踏む判断を行うよう求められ、ERFは記録された脳活動が音韻解読のみを反映することを保証するために各ペアの最初の刺激にタイムロックされます刺激のマッチングに関与する競合する認知プロセスとは対照的な操作。
MEGを使用した言語のマッピング
3.1言語のラテラリティの評価

CRMパラダイムのコンテキストでのMEG由来の皮質活性化マップの安定した機能は、左ペリシルビアン領域（ERFの後半部分で計算されたECDの数）での活動の度合いが大きく、十分に文書化された左神経学的に無傷の個人の大多数における受容言語の半球優位性[38]。このプロトコルを使用して受容言語の半球優位性の尺度を導出できる有効性と信頼性は、ランダムに選択された正常な成人および小児の一連の研究で実証されている[11、27、28、30、32 ]。さらに、言語の半球優位性の評価における和田手法の非侵襲的代替手段としてのMEGの妥当性は、臨床コホートのいくつかの検証研究でも取り上げられています。てんかん患者の2つのモダリティの最初の比較は、成人[11、39、40]および子供[41]の和田手技から得られた側性指数に対するMEGによって決定された局所活動度の半球非対称性の優れた一致を報告した。これまでの最大の体系的研究では、Papanicolaouら。 [42]は、8歳から56歳までの連続した100のてんかんの症例において、MEGと和田の手順を使用して得られた言語の左右性の判断の高度な一致（87％）を独立して報告した。さらに、この研究では、2つの方法論の結果が一致しなかったケースの4％で、MEGは、和田の手順が一方的な表現を示唆した、両側の表現（非支配的な半球でのより多くの活動）の可能性を示す傾向があることも発見しました受容的な言語。実用的な観点から、これらの異なる結果は少数の場合にのみ侵襲的マッピングの使用を正当化した可能性があり、MEGは和田の手順に比べて言語の半球優位性のやや保守的な評価を提供できることを示しています。

明らかに、MEGを使用した受容言語の非侵襲的定位化には、健康リスクの排除、テストと再テストの信頼性の研究の可能性、長期間のさまざまなタスクの使用など、多くの利点があります。さらに、クロスフローまたは非定型血管新生に起因する麻酔の過剰または不足の可能性や異常な分布など、和田手術に固有の問題も排除されます。ただし、MEGと和田手順との高度な一致に関する独立した報告は有望ですが、後者の手法を前者に置き換えることを検討する際には、いくつかの注意事項に対処する必要があります。たとえば、和田手続き中の言語テストでは、通常、表現力と受容力の両方の言語タスクが必要になります。ここで説明するMEGプロトコルは後者にのみ依存します（単一の単語の読み取りと聞き取り）。いくつかの[11、43]によって指摘されているように、これはてんかん患者の半球間再編成中に受容言語と表現言語が分離する場合に意味を持ちます。したがって、前方音声領域の脳活動のみを記録およびモデリングできるパラダイムの開発は、受容言語の半球優位性を評価するために使用される既存のプロトコルを補完するものです。さらに、MEGは言語の受容性半球優位を決定する目的の許容可能な代替として機能する可能性がありますが、和田の手順は、各半球の記憶機能への相対的な寄与に関する情報を生成するためにも使用されます。てんかん原性ゾーンの反対側の半球が記憶をサポートできない場合、特に記憶障害を発症するリスクが特に高い前頭葉切除を受けている患者の場合、これは重要であることが判明する可能性があります[44]。したがって、和田手技のMEGの置換は、記憶の左右差が手術結果に重要ではない場合にのみ適切である可能性があります。
3.2言語固有の皮質のローカライズ
受容言語機能の半球優位性の推定値を提供するだけでなく、CRMパラダイムから得られたMEGベースの活性化プロファイルの不変の特徴は、側頭頭頂皮質内の活動の局在化ですgyri;およびsupramarginalおよびangle gyri）、刺激モダリティに関係なく。ウェルニッケの領域と空間的に一致するこの領域は、電気的に刺激されると受容言語に障害を引き起こす皮質のパッチとして定義されます[10、35]。 MEGを使用した受容言語処理中の側頭頭頂皮質（例えば、ウェルニッケ野）内の遅発性アクティブソースのローカリゼーションは、通常のコントロールの独立したコホートで以前に文書化されています[11、27–29、32、35]。 CRMタスクの視覚的および聴覚的バリエーション。最近では、Papanicolaouらによる大規模な規範的研究。 [32] ECDソースモデリングへのわずかに異なる、より客観的なアプローチを採用することで、受容言語の半球優位性は実際には左中側頭回の持続的活動によって駆動されること、年齢、性別の関数として異ならない発見および刺激モダリティ、および同様の現象を報告する以前の研究と一致するもの[45、46]。

受容言語処理中の脳活性化のMEG由来プロファイルの再現性と空間的正確性は、神経学的に無傷の個人のテストと再テストの信頼性の研究でも取り上げられています。最初に、Breier等。 [30]は、同じ被験者において、視覚的なCRMタスクの複製全体にわたって、ウェルニッケの領域の領域における後期活動ソース間の高度の空間的重複を報告しました。最近では、シモス等による体系的な研究。 [47]は、聴覚CRMタスク中に、連続したECDとしてモデル化され、空間分解能の限界より明らかに低い2〜8 mmの範囲のウェルニッケ領域における活動源の幾何学的中心の位置における参加者内の変動性を示した。 1cm）の直接的な電気皮質刺激マッピング。さらに、両方の研究に共通する発見は、ウェルニッケの領域として特定された領域のアクティブなソースの場所における被験者間の顕著な変動でした。これは、連合皮質の機能組織における個人間変動に対するMEGの感度を強調します

並行妥当性の研究は、言語固有の皮質の位置を特定する目的での皮質刺激マッピングの潜在的な代替としてのMEGの妥当性を証明しています。手術前の機能マッピング[10、28、48、49]を受けている40人以上の連続した患者の蓄積された経験に基づいて、支配的な半球内および独立した言語内の言語特異的活動のMEG受容言語機能に重要な脳領域の特定における、術中/術中の直接の皮質電気刺激の結果。特に、これらの研究では、患者が非定型的な言語表現を示すことがわかった場合でも、2つのモダリティ間の完全な一致が示されました（ウェルニッケの領域の古典的に定義された境界外）。
臨床的観点から、MEGと直接皮質刺激刺激マッピングの優れた一致は、罹患率のリスクの減少、および言語固有の皮質の正確な位置について収集された追加の術前情報を使用した開頭術手順の促進など、いくつかの実際的な意味を持っています。しかし、前述のように、外科的候補者の機能の維持に等しく重要な表現言語皮質のマッピングを容易に可能にする決定的なMEG活性化プロトコルは存在しません[10]。 Castilloらによる単一の事例研究。 [23]画像命名作業中に、刺激部位と下前頭皮質に局在するMEG由来の活動源との間に一致が見られましたが、この以前の報告を確認した後続の研究はありません。したがって、現在のコンテキストでは、受容言語固有の皮質をローカライズする目的でMEGが最も有効であるように見えます。
3.3読書の神経メカニズム

読書に関連する規範的な脳活性化プロファイルは、受容言語特有の皮質をマッピングするために元々開発されたMEGプロトコルの拡張により、本研究室で成功裏に確立され、「ゴールドスタンダード」侵襲的脳マッピング技術に対して検証されました。具体的には、視覚的なCRMプロトコルは、通常の発達中の個人で単一単語の読み取りの基礎となる脳メカニズムが特定されたコンテキストを提供しました。さらに、音韻解読などのより基本的な読み取りのファセットの神経相関も、擬似単語韻律一致タスクのコンテキストで調査されています。この研究の重要な側面は、発達性失読症の子供の読字障害の神経相関の研究へのこれらのプロトコルの適用でもあります。

非読字障害の大人と子供のいくつかの研究の過程で[11、13、27、50、51]、本物の単語と偽語の両方の読解に関連する皮質活動の一般的な時空間プロファイルを確立しました。 、比較的一貫した機能。 ERFの初期の構成要素である基本的な視覚認知に関与する脳の領域である後頭皮質の両側活性化の間に、ほとんど常に、左後頭側頭皮質および基底側頭皮質の認識の活性化に関連すると考えられる領域の活動の増加が続きます正書法の単語形式のデコード。早期の誘発反応の解決後、読書に関連する2番目の安定した特徴は、主に左半球での側頭頭頂皮質（後部上頭側頭回および上arg回）の活動の増加であり、後側頭側頭回の両側性の関与を伴います。これらの一時的な領域は、単語の音韻的および意味的要素の認識に関与すると考えられています。側頭葉領域に加えて、後期活動源はまた、主に左半球の下部前頭領域にも見られます。この領域は、言葉の音と学習の明瞭度に関与すると考えられています。実際の単語の活性化プロファイルと擬似単語の読み取りの際立った特徴は、前者のタスク中のより大きな後部左中側頭回活動の誘発であり、後者のタスクへの関与はこの領域での活動の減少に関連します。対照的に、MEG由来のデータは、実際に音韻解読は、擬似単語読み取りの文脈において、後部左上側頭回によって媒介されることを実証しており、直接電気皮質刺激マッピングの以前の研究[35]その他の代謝に基づく機能的イメージング研究[52–55]。

ディスレクシアの子供は、音節などの高速聴覚過渡現象を含む音声の音韻単位を識別する能力が低下します。単純でより複雑な言語単位に対する皮質反応は、数年間にわたって私たちの研究室のディスレクシアの子供のMEGで研究されてきました[29、36、56-58]。具体的には、MEGを使用して、読み取りタスクの実行中の活動の異常な時空間プロファイルに基づいて、ディスレクシアの子供を確実に区別しました。読字障害のない子どもによって生成される活動の一般的なパターンと同様に、失読症の子どもは、左後頭上/上脳回（主に後上頭領域）の活性化が一貫して減少していることを特徴とする活動の一般的なパターンを示し、右前頭葉領域と前頭前野の代償性の増加。さらに、失読症の子供が示す非定型活性化プロファイルの別の顕著な特徴は、前頭葉前部の活動が早い傾向があり、その後に側頭頭頂領域内の活動の開始が著しく遅れることです（主に左上頭回）[36]。これらの異常は、音韻解読だけでなく、実際の単語の読み取り中の正常な個人に特徴的な遅発性脳活動の時間的進行からの顕著な逸脱です。ここで要約されたディスレクシアの子供たちの研究に基づく注目すべき観察は、これらの個人は聴覚および視覚CRMタスク中に得られた皮質活性化プロファイルによって示されるように、受容言語の半球優位の正常なパターンを示し、したがって長期にわたる反論であるということです仮説[59]障害は言語機能の異常な半球優位に関連している[29]。
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4結論

機能的な神経画像診断法として、MEGは神経学的に無傷の個人の言語を効率的にマッピングするのに適しているようです。さらに、MEGと2つの「ゴールドスタンダード」テクニック、すなわち和田手順と直接電気皮質刺激マッピングの間の高度な一致を考えると、MEG由来の活性化プロファイルは、受容言語機能に関連する神経活動の信頼できる有効な指標であると思われます。特定の制限により、MEGが臨床診療における侵襲的診断法を完全に置き換えることは依然として不可能ですが、この技術を使用して得られた情報が既存の手術前ルーチンに対する効果的な補助であることはほとんど疑いがありません。追加のプロトコルの開発と検証、特に表現力のある言語への各半球の相対的な寄与と記憶機能を評価できるプロトコルは、手術計画中のMEGの臨床的有用性をさらに高めることができます。さらに、障害のない子供と失読症の子供の読書の研究から明らかなように、MEGは、特に言語の障害が中核欠損であると考えられる場合、正常な発達状態と異常な発達状態を区別する可能性があります。
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謝辞

この論文は、リチャード・フライ博士へのNIH Grant NS046565によってサポートされました。