日本國立精神和神經醫療研究中心（NCNP）精神保健研究所智力與發育障礙研究部的流動研究員上田理譽和部長稻垣真澄，以及NCNP腦病態綜合成像中心（IBIC）主任松田博史、醫院腦神經外科部長岩崎真樹、放射線診療部部長佐藤典子、兒童神經科部長佐佐木徵行等人組成的研究團隊，通過對兒童頑固性癲癇胼胝體切開術後的圖像解析，填補了術後腦結構網路的部分知識空白，比如①病態腦網路通路減少，正常腦通路恢復；②胼胝體的病態癲癇傳播通路被切斷等。
兒童的頑固性癲癇很難通過藥物療法控制，醫生會對部分患者採取切除癲癇病竈等的腦外科治療。作為腦外科治療方法之一的胼胝體切開術，雖然已有各種各樣的研究成果，但其詳細有效機制並不清楚。此次通過解析腦圖像，確認胼胝體切開術能改善灰質網路。此次外科治療為闡明神經基礎做出了貢獻，今後有望用來在術前預測治療效果。
【研究背景】
胼胝體切開術是適用於無法切除病竈的頑固性癲癇患者、尤其是兒童的手術方式。胼胝體是連接左右大腦半球的神經纖維集合體。由於胼胝體與癲癇活動（放電）的擴散密切相關，此前基於切斷其最重要的通路將有助抑制癲癇發作的假說，實施胼胝體切斷手術。
關於胼胝體切開術的有效性，已經有各種各樣的研究成果。比如，約60％的病例在術後很長一段時間裏癲癇頻次減半，其中10%的患者再也沒有發作過。另外，據報導採用胼胝體切開術治療效果最明顯的是跌倒發作型癲癇。實施胼胝體切開術後，不僅發作次數減少，還注意力下降等適應不良行為也會有所改善。不過，此前並不十分清楚胼胝體切開術帶來的這些變化與什麼樣的中樞神經系統機制有關。
近年來，在使用腦圖像的研究領域可通過基於圖論的數學理論方法，使區域之間的結構和功能聯結資訊圖像化，並捕捉網路異常。由大量神經細胞和連接這些細胞的神經纖維構成的大腦，可視作由大量節點和節點間連線構成的網路。圖論是研究大腦整體以及局部網路效率和網絡式結構強健性的方法，廣泛應用於功能性MRI、腦電波、腦磁圖及纖維束示蹤成像（神經通路視覺化，3D圖像構建）等多個場景。本研究使用的腦結構圖像方法也是其中之一，根據詳細劃分的大腦區域皮質體積的同源性，詳細研究了各區域的環通度（灰質網路）。在癲癇研究領域，以顳葉癲癇為中心，通過與健康人群大腦網路比較，逐漸明確了疾病持續時間和發作頻率等臨床資訊與大腦網路的關係。
因此，研究團隊利用腦結構MRI圖像，研究了胼胝體切開術實施前後的灰質網路，試圖查清術後發作頻率降低的神經基礎。
【研究内容】
NCNP以3-17歲的21名頑固性癲癇病患者為對象進行了研究，接受胼胝體切開術時的平均年齡為8.6歲，排除了實施術前檢查時年齡低於3歲、腦結構存在異常和過去做過腦外科手術的病例。對象組所患癲癇類型主要為Lennox-Gastaut症候群，共11例；從術式上看，胼胝體全切開術18例，部分切開術3例。另一方面，對照組挑選了32名年齡和性別相配對分組的非患神經系統疾病的兒童。通過約1mm3的矩陣收集了21名對象組兒童術前和術後（術後平均4.8個月）以及32名對照組兒童的三維T1MRI圖像的大腦皮層圖像，並在MATLAB®上利用腦圖論解析軟體，比較了兩個群組的灰質網路（圖1）。
【圖1】基於圖論的灰質網路測量方法
① 將三維T1MRI圖像的大腦皮層圖像分為由標準化大腦決定的90個體素。
② 將皮質體積的同源性數值化，製作90×90的相關矩陣（ correlation matrix）。
③ 以②為基礎，測定各種圖論的數值。
■胼胝體切開術的效果
（1）正常的大腦網路通路恢復
主要發揮中繼作用的節點在網路内很重要，以仲介片見性的指標來表示。其中，重要性尤高的節點被稱為集線器。實施胼胝體切開術後，集線器的位置會發生變化，重新出現在島狀回、梭狀回和海馬旁迴等與正常對照組相同的位置。這可能表示病態腦網路通路減少，正常的腦通路在恢復（圖2）。
【圖2】關於節點與邊緣的位置
左上：胼胝體切開術前，右上：胼胝體切開術後，左下：對照組的相同圖像。
紅點表示仲介片見性＞2SD，綠點表示仲介片見性＞1SD。R：右，L：左
（2）切斷胼胝體的病態癲癇傳播通路
實施胼胝體切開術後，局部灰質網路會發生變化，尤其是右扣帶腦迴和額上回内側等大腦半球内側部分的聯結減弱（圖3）。這表明，可能通過胼胝體切開術切斷了胼胝體的病態癲癇傳播通路。
【圖3】術前和術後的局部區域環通度強度比較
有彩顏色區域表示統計上有明顯變化的區域。藍色（冷色）部分表示術後局部環通度減弱的部分，黃色（暖色）部分表示術後局部環通度增強的部分。
（3）胼胝體切開術後灰質網路的強健性降低
觀察發現，實施胼胝體切開術後，灰質網路的強健性較術前降低。由於切斷了胼胝體，網路的穩定性下降，這個結果與（1）和（2）顯示的腦功能得到改善的結果相反。雖然難以解釋，但之前也研究顯示，智力水平越低的人，網路穩定性越差。因此這可能解釋胼胝體切開術後智力預後的改善較差的現象。
【圖4】胼胝體切開術前和術後及對照組的網路強健性
以集線器為目標進行攻擊，網路穩定性（圖4A）在術前、術後和對照組沒有差異。而以節點為目標隨機攻擊時，術後的網路穩定性（圖4B）與術前和對照組相比明顯降低。
【研究意義與未來展望】
該研究發現，胼胝體切開術實施後，集線器位置會回復正常，大腦内側結構的環通度減弱，網絡式結構的穩定性反而降低。這些結果向查清胼胝體切開術等外科治療方法的神經機制基礎邁出了一大步。
中心，NCNP每年會對20多名以兒童為主的頑固性癲癇患者實施胼胝體切開術。此次的研究結果還無法預測每位患者實施胼胝體切開術後的效果。今後將繼續推進研究，以更準確地判斷是否適合實施胼胝體切開術，。
發表論文
■論文題目：Alteration of the anatomical covariance network after corpus callosotomy in pediatric intractable epilepsy
期刊：《PLOS ONE》
DOI：DOI:10.1371/journal.pone.0222876
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
