倉田二郎　痛みの脳内イメージング研究　Pain clinic 2006;27(12):1518-1527

脳機能イメージング研究の原理

神経活動の増大に伴い、その酸素およびブドウ糖代謝が増加し、同時に、その近傍の血管が拡張し脳血流が増大する

PET,SPECT-ブドウ糖代謝や血流変化を検出

fMRI-放射性同位元素を使用せずに脳血流変化を捉える（血液中のヘモグロビンを内因性造影剤として利用）

神経活動を増したニューロン周囲のヘモグロビン酸素飽和度が増加すると,T2*強調磁気共鳴信号が増加する。その結果生まれる信号変化を、blood oxygeneation level-dependent (BOLD) contrastと呼ぶ

痛みにより活性化する脳部位 pain matrix

第一次感覚皮質、第二次感覚皮質、島皮質、前帯状皮質、前頭皮質、大脳基底核、小脳

痛みの三要素

感覚弁別要素　痛みの位置、強さ、性質

情動動機要素　痛みの不快感、いやさ

認知評価要素　痛みの評価

侵害受容系

外側侵害受容系　外側視床核ー第一次、第二次感覚皮質　痛みの弁別的要素

内側侵害受容系　内側視床核ー前帯状皮質、前頭皮質　痛みの情動認知要素

痛み関連脳部位

視床　末梢から脳へ向かうすべての感覚情報が中継される

第一次感覚皮質 SI

第二次感覚皮質　SII

島皮質

前帯状皮質　痛みの情動要素に強く関連

前頭皮質　痛みの情動認知要素に関連

補足運動野　痛みに対する逃避行動に関連

大脳基底核　痛みに対する逃避行動に関連

下行性抑制系

痛み関連脳活動の階層構造

痛みには、下位の末梢神経から上位の脳まで到達するbottom-up感覚情報と、それに反応して上位の脳に発生するtop-down脳活動との両者が関与する

bottom-upの要素の割合が大きいのは外側侵害受容系で、top-downの要素が大きいのは内側侵害受容系

実験的allodynia modelではtop-down脳活動を担う内側侵害受容系の活動が以上に亢進

慢性腰痛患者では同じ内側侵害受容系が、健常者に比べて、また罹患期間が長いほど萎縮する傾向がある。

期待情動注意と痛み

痛みが来るという期待だけで、痛みを認知する脳部位が活動する

痛みから注意をそらすことにより、PAGを起始点とする下行性抑制系が賦活され、脊髄から視床への侵害伝達系が抑制される可能性

倉田二郎　疼痛研究と慢性疼痛治療におけるfMRIの役割　ペインクリニック 2005;26(1):15-23

functional brain imagig - PET/SPECT/fMRI

神経活動増加に伴い局所脳血流が増加した部位では、いわばluxury perfusionにより血液酸素飽和度が増加し、MRI信号が増強する。この現象はblood oxygenation level-dependent (BOLD) 効果と呼ばれることになった

fMRIの利点　放射性トレーサ不要、高い時間分解能、高い空間分解能 1.5-3mmのvoxel size

fMRIの欠点　BOLD信号はあくまでも脳血流変化の間接的相対的指標で、PETのような絶対的脳血流脳代謝の指標をえられない

空気と脂肪が接する構造物の近傍では画像の歪みあり

pain matrix

第一次感覚皮質、第二次感覚皮質、島皮質、前帯状皮質、前頭皮質

Melzackが分類した疼痛の３要素（弁別、情動、認知）をそれぞれ担う形で、全体として疼痛という現象を成立させている

弁別 S1,2,IC 情動 ACC 認知 PFC

S1,2,ICは外側視床核からの投射を受けlateral nociceptive systemを

ACC,PCCは内側視床核からの投射を受けmedial nociceptive systemを構成する

疼痛に置けるtop-down脳活動の役割

慢性疼痛における脳活動の特徴

PET 患部と反対側の視床血流の低下　過剰な侵害受容入力に対し、視床レベルで過剰に抑制が働いている

PET heat allodyia model, medial nociceptive systemを構成する内側視床,ACCからPFCにいたる経路において、疼痛関連脳活動が異常に更新

fMRI 慢性腰痛患者　罹患期間が長くなるほど新皮質灰白質体積が減少、特に前頭皮質および右視床の灰白質体積が減少