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平成29年10月3日

情報通信研究機構
科学技術振興機構

経済的な不平等とうつ病傾向を結ぶ扁桃体と海馬の機能を解明

~脳活動パターンから1年後のうつ病傾向を予測~

ポイント

国立研究開発法人 情報通信研究機構(NICT、理事長:徳田 英幸)脳情報通信融合研究センター(CiNet)の春野 雅彦 研究マネージャーらの研究グループは、扁桃体注1)海馬注2)の“経済的な不平等(自分と相手の配分の差注3))”に対する脳活動から、被験者の現在のうつ病傾向と1年後のうつ病傾向注4)を予測できることを示しました。国内外の疫学研究から、経済的不平等とうつ症状の因果関係が示唆されてきましたが、その脳内機構は長年不明でした。今回、被験者にMRI装置の中で経済ゲームをしてもらい、取得した機能的MRI(fMRI)データの扁桃体と海馬のデータに、不平等に対する脳活動パターンから予測を行う機械学習手法注5)を適用しました。その結果、現在と1年後のうつ病傾向を予測できることを見いだしました。不平等とうつ病をつなぐこの知見は、うつ病の長期の病状予測や脳活動にうつ病症状の脳活動に基づく分類などヒトの気分変動のより深い理解への貢献が期待されます。

本研究は、NICT 田中 敏子 研究員、およびNHKスペシャル「病の起源・うつ病」(2013年放送)の取材に端を発する山本 高穂 チーフ・ディレクターとの協力による成果です。また、一部は、JST 戦略的創造研究推進事業 CRESTの研究領域「人間と機械の創造的協働を実現する知的情報処理技術の開発」および大阪大学 COI(センター・オブ・イノベーション)の一環として行われました。

本成果は、英国科学雑誌「Nature Human Behaviour」に10月2日(英国時間)号にオンライン掲載されます。

<研究の背景>

経済的不平等(格差)の拡大は、現代社会が直面する最も深刻な課題の一つです。国内外の疫学研究により、経済的不平等とうつ症状の因果関係が示唆されてきましたが、その脳内メカニズムは不明でした。2010年に春野研究マネージャーらは、大脳皮質下に位置し、感情を司る扁桃体が“不平等”に対して反応し、その脳活動が自分と他者とのお金の配分の違いを説明することを明らかにしました注6)。一方、扁桃体と海馬は、視床下部と共にストレス物質の放出に関与し、うつ病患者では、扁桃体と海馬の脳活動と体積が健常者とは異なることが知られています。これらの知見から、不平等に対する扁桃体と海馬の脳活動とうつ病傾向の変化が関係するとの仮説を持ち、実験を行いました。

<今回の成果>

今回、被験者にMRI装置の中で、相手から提案されるお金の配分を受け入れるか拒否するかを判断する“最終提案ゲーム”と呼ばれる課題を行ってもらい、fMRIデータを取得しました。“最終提案ゲーム”の目的は、自分と相手の分配の差に対する感情の働きを調べることです。扁桃体と海馬(図左)の中の微小な場所が不平等に反応して作る脳活動パターン(図右)から予測をする機械学習技術を考案することで、うつ病傾向の予測を試みました。その結果、現在のうつ病傾向と1年後のうつ病傾向の両方が予測可能であることが分かりました。 一方、経済的な不平等とは関係のないほかの脳活動パターンや、被験者の様々な行動や社会経済的地位などからうつ病傾向を予測できるか検討したところ、無関係であることが分かりました。これらの実験結果は、経済的な不平等とうつ病傾向の関係において、扁桃体と海馬が果たす重要な役割を示唆しています(詳細は用語解説補足資料参照)。

<今後の展望>

今後は、今回考案した機械学習技術を更に発展させることで、長期のうつ病傾向の予測精度を向上させること、現在は一括してうつ病とされている症状群の脳情報処理の違いの理解が進むことなどが期待されます。

<参考図>

図 扁桃体と海馬の位置(左)と経済的不平等に対する活動パターン(右)

図 扁桃体と海馬の位置(左)と経済的不平等に対する活動パターン(右)

<用語解説>

注1) 扁桃体
扁桃体

扁桃体は、多くの動物と共通する原始的な脳の領域である。感情(情動)反応の処理と記憶において主要な役割を持つことが知られ、顔の表情の理解、恐怖条件付けなど、素早い状況判断に関係する(アーモンド状の青い部分)。扁桃体の不平等に対する脳活動が他者との分配行動の個人差と相関することが、春野研究マネージャーにより2010年に初めて報告された(Haruno, Frith, Nature Neuroscience, 2010)。以降、そのことを支持するデータが神経科学や社会心理学の研究者からも発表されている。

注2) 海馬
海馬

海馬は、扁桃体の後部に位置し、記憶や空間学習能力に関わる領域である。扁桃体と海馬は、視床下部と共にストレスに関連する重要な領域である。ストレスが引き起こす生体反応のうち、視床下部-下垂体-副腎系(HPA系)は、うつ病との関連が示唆されている。 ストレス負荷により、視床下部から副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)が分泌されると、下垂体前葉からの副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)の分泌が促進され、コルチゾールの分泌を促進する。海馬、視床下部、下垂体にはコルチゾールと結合する受容体が存在し、コルチゾールの分泌量が増大すると、これら受容体を介し、コルチゾール分泌量を抑制する。一方、扁桃体は、ストレスを受けコルチゾール分泌量が増大する方向に作用する。うつ病患者においては、扁桃体と海馬の体積及び脳活動が健常者と比べて変化していることが報告されている。

注3) 自分と他者の配分の差
ヒトは自分と他者のお金や資源の配分の差を気にして意思決定していることが様々な研究で報告されている。今回の実験では相手から提案されるお金の分け方(例:提案者269円、被験者に232円)を受入れるか拒否するか判断する“最終提案ゲーム”と呼ばれるコンピュータ上のゲームを課題に用いた。経済的不平等の値として提案された相手の取り分から被験者の取り分を引いた額が0より大きい場合にはその額を、小さければ0を用いた。経済的不平等と関係する概念としてsocial value orientation注7)がある。
注4) うつ病傾向

本研究では、うつ病傾向テストとして広く使用されているBeck Depression Inventory II (BDI-II)を用いた。BDI-IIは、過去2週間の気分に関する21の4択問題(0-3の選択肢から一つ選択)から成り、合計スコア0-13が極軽症、14-19が軽症、20-28が中等症、29-63が重症とみなされる。右に項目1:悲しさ、2:悲観を例として示す。うつ病傾向の長期変化を計測するため、同じ被験者に対し2013年と2014年にBDI-IIを実施した。

1:悲しさ

  • 0 わたしは気が滅入っていない
  • 1 しばしば気が滅入る
  • 2 いつも気が滅入っている
  • 3 とても気が滅入ってつらくて耐えがたい

2:悲観

  • 0 将来について悲観していない
  • 1 以前よりも将来について悲観的に感じる
  • 2 物事が自分にとってうまくいくとは思えない
  • 3 将来は絶望的で悪くなるばかりだと思う
注5) 特定の計算に対する脳活動パターンからの機械学習技術
脳活動に対し機械学習技術を適用し情報解読を行う従来の研究では、ボクセルと呼ばれる脳の中の微小な場所(本研究では2×2×2mm)における数秒間の平均脳活動を用いるのが通常である。しかし、平均脳活動は(見る、計算する、反応するなど)様々な情報処理に関与する脳活動の混合であり、特定の計算過程に対する脳活動からの情報解読は難しかった。本研究ではこの問題を解決する手法を用いた。 具体的には、経済ゲーム(“最終提案ゲーム”)の56回の試行において、相手の報酬が自分よりどれだけ多いかを示す変数(時系列)である経済的不平等と各ボクセルの脳活動の間の比例係数(回帰係数)が作るパターン(脳活動パターンと呼ぶ)から、現在のうつ病傾向、1年後のうつ病傾向変化を推定する。この脳活動パターンは脳内の各ボクセルがどのくらい経済的不平等に反応しているかを意味する。
特定の計算に対する脳活動パターンからの機械学習技術

うつ病傾向を予測したいt番目の被験者の脳活動パターンと、被験者t以外の被験者1~nの脳活動パターンの類似度をカーネルと呼ばれる関数で計算し、これを重み付け(w1~wn)して足すことで推定を行う。この重みを今テストしたいt番目の被験者を除いたデータから学習し、予測能力を評価する(one-leave-outクロスバリデーション)。なお、今回用いた特定の計算に対する脳活動パターンからの機械学習技術は、ほかの様々な認知行動や精神疾患に関する予測や脳機能の理解にも有用であると考えられる。

注6) 2010年の春野研究マネージャーらの報告
Haruno, Frith, Nature Neuroscience, 13, 160-161, 2010
注7) social value orientation
被験者に以下に例示するような三択問題を複数回やってもらい、3つのカテゴリーに分類する。競争的な人は5%程度であるので、本研究では向社会的、個人的な被験者を対象とした。
  自分(円) 相手(円)
100 100
110  60
100  20
向社会的 相手と自分の差をできるだけ小さくし和を大きくしたい(1に対応)
個人的 自分の取り分を多くしたい(2に対応)
競争的 相手よりどれだけ多いかを重視する(3に対応)

<論文情報>

タイトル Brain response patterns to economic inequity predict present and future depression indices.”
著者名 Toshiko Tanaka, Takao Yamamoto, Masahiko Haruno
掲載誌 Nature Human Behaviour
doi 10.1038/s41562-017-0207-1

<お問い合わせ先>

<研究に関すること>

春野 雅彦(ハルノ マサヒコ)
情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター 脳情報工学研究室
Tel: 080-9098-3239
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<JST事業に関すること>

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<報道担当>

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