上縦束Ⅰ(SLFⅠ)について

くろ　作業療法士

2023年10月1日 18:25

こんにちは。
今回は上縦束のⅠの線維（一番上）について解説していこうと思います。

まずは白質線維とは何かについて解説していきます

白質線維とは、末梢でいう神経細胞の軸索にあたる様なものになります。簡単に言えば情報処理された信号を次の神経に運んでいます。これには4種類あり、①隣の脳に運ぶ弓状線維、②左右一つずつ(左なら左のみ)内で情報を運ぶ連合線維③左右の脳の情報を交換する脳梁、④大脳から脳幹、小脳、脊髄へ信号を送るものこの４つにわかれています。

次に、何という白質線維があるのかを説明していきます。

有名な大きな線維だけでこれだけあります。（これ以外にもあるとされています。）上前頭後頭束には、サルにはありヒトにはないとされています。逆に下前頭後頭束はサルにはなく、人間にあるとされています。

ここから上縦束Ⅰに入ります。

上縦束の接続について解説していきます。
上頭頂小葉から補足運動野、背側/内側運動前野で終わるとされていますね。

3) Jang SH, Hong JH. The anatomical characteristics of superior longitudinal fasciculus I in human brain: Diffusion tensor tractography study. Neurosci Lett. 2012;506(1):146-148. doi:10.1016/j.neulet.2011.10.069

4) Kamali A, Flanders AE, Brody J, Hunter JV, Hasan KM. Tracing superior longitudinal fasciculus connectivity in the human brain using high resolution diffusion tensor tractography. Brain Struct Funct. 2014;219(1):269-281. doi:10.1007/s00429-012-0498-y

5) Wang X, Pathak S, Stefaneanu L, Yeh FC, Li S, Fernandez-Miranda JC. Subcomponents and connectivity of the superior longitudinal fasciculus in the human brain. Brain Struct Funct. 2016;221(4):2075-2092. doi:10.1007/s00429-015-1028-5

次は上縦束が接続する領域について解説していこうと思います。

まず、この3つが主要な接続のある部位ですね。
簡単にまとめただけでも多数の機能があり、これを繋いでいる上縦束の重要性がわかりますね。これらを一つずつ解説していきます。

まずは補足運動野です。
自発的な、行為の開始や、予期的姿勢調節(APA's)に関わるようですね。

6) 平山恵造(2015) 脳血管障害と神経心理学 p102

7) 河村満 (2021) 連合野ハンドブック完全版 p53

8) Fried I, Katz A, McCarthy G, et al. Functional organization of human supplementary motor cortex studied by electrical stimulation. J Neurosci. 1991;11 (11):3656-3666. doi:10.1523/JNEUROSCI.11-11-03656.1991

9) (Eric et al., 2022) カンデル神経科学第2版 p833 図34-2

14)高草木薫, 大脳基底核による運動の制御, 臨床神経学, 2009, 49 巻, 6 号, p. 325-334, 公開日 2009/07/08, Online ISSN 1882-0654, Print ISSN 0009-918X, https://doi.org/10.5692/clinicalneurol.49.325, https://www.jstage.jst.go.jp/article/clinicalneurol/49/6/49_6_325/_article/-char/ja,

今度は障害された場合の症状についてですね。
運動の開始や抑制の困難さや、無動症などの動作の開始障害に加え
強制把握などの抑制された反射の様なものが脱抑制する障害、
APA'sに関する姿勢障害にも関与しています。
また、運動を開始したい気持ちも減少する可能性があり、発話の減少もみられています。
上縦束Ⅰでは感覚と運動のネットワーク、そこから運動への影響も考えられそうです。

10) Krainik, A., et al., Role of the supplementary motor area in motor deficit following medial frontal lobe surgery. Neurology, 2001. 57(5): p. 871-8.

11) Bleasel, A., Y. Comair, and H.O. Luders, Surgical ablations of the mesial frontal lobe in humans. Adv Neurol, 1996. 70: p. 217-35.

12) Nagaratnam, N., et al., Akinetic mutism following stroke. J Clin Neurosci,2004. 11(1): р. 25-30.

13) 丸石正治機能解剖高次脳機能障害 p188

15)渡邊裕文, 中枢神経系の機能解剖, 関西理学療法, 2005, 5 巻, p. 23-29, 公開日 2006/01/26, Online ISSN 1349-9572, Print ISSN 1346-9606, https://doi.org/10.11354/jkpt.5.23

次は上頭頂小葉についてです。

上頭頂小葉の概説になります。
中心傍小葉と、内側にある楔前部という２つから構成されます。
機能としては多感覚の統合で、身体地図を作った対象の位置情報の把握、チップダウン(随意性)の注意機能に関わるようです。

16) Makris N, Preti MG, Wassermann D, Rathi Y, Papadimitriou GM, Yergatian C, Dickerson BC, Shenton ME, Kubicki M. Human middle longitudinal fascicle: segregation and behavioral-clinical implications of two distinct fiber connections linking temporal pole and superior temporal gyrus with the angular gyrus or superior parietal lobule using multi-tensor tractography. Brain Imaging Behav. 2013 Sep;7(3):335-52. doi: 10.1007/s11682-013-9235-2. PMID: 23686576; PMCID: PMC3830590.
17) Molholm S, Sehatpour P, Mehta AD, et al. Audio-visual multisensory integration in superior parietal lobule revealed by human intracranial recordings. J Neurophysiol. 2006;96(2):721-729. doi:10.1152/jn.00285.2006
18)Lin YH, Dadario NB, Hormovas J, et al. Anatomy and White Matter Connections of the Superior Parietal Lobule. Oper Neurosurg (Hagerstown). 2021;21(3):E199-E214. doi:10.1093/ons/opab174
19) Binkofski, F., et al., A parieto-premotor network for object manipulation: evidence from neuroimaging. Exp Brain Res, 1999. 128(1-2): p. 210-
20) Felician, O., et al., The role of human left superior parietal lobule in body part localization. Ann Neurol, 2004. 55(5): p. 749-51
21) Grafton, S.T., et al.; Human functional anatomy of visually guided finger movements. Brain, 1992. 115 (Pt 2): p. 565-87.
22) Bisley, J.W. and M.E. Goldberg, Neuronal activity in the lateral intraparietal area and spatial attention. Science, 2003. 299(5603): p. 81-6.
23) Posner, M.I. and S. Dehaene, Attentional networks. Trends Neurosci, 1994.17(2): p. 75-9.
24) Behrmann, M., J.J. Geng, and S. Shomstein, Parietal cortex and attention.Curr Opin Neurobiol, 2004. 14(2): p. 212-7.

間隔を統合しているので様々な感覚に関与し、上頭頂小葉の障害も数多くありますね。立体覚認知やサッケード、注意機能まで関与していますね。

19) Binkofski, F., et al., A parieto-premotor network for object manipulation: evidence from neuroimaging. Exp Brain Res, 1999. 128(1-2): p. 210-3
20) Felician, O., et al., The role of human left superior parietal lobule in body part localization. Ann Neurol, 2004. 55(5): p. 749-51
21) Grafton, S.T., et al.; Human functional anatomy of visually guided finger movements. Brain, 1992. 115 (Pt 2): p. 565-87.
25) Naito E, Scheperjans F, Eickhoff SB, et al. Human superior parietal lobule is involved in somatic perception of bimanual interaction with an external object. J Neurophysiol. 2008;99(2):695-703. doi:10.1152/jn.00529.2007
26) Wolbers, T., C. Weiller, and C. Buchel, Contralateral coding of imagined body parts in the superior parietal lobe. Cereb Cortex, 2003. 13(4): p. 392-9.
27) Otsuka Y, Osaka N, Osaka M. Functional asymmetry of superior parietal lobule for working memory in the elderly. Neuroreport. 2008;19(14):1355-1359. doi:10.1097/WNR.0b013e32830e000f
28) Peyrin C, Démonet JF, N'Guyen-Morel MA, Le Bas JF, Valdois S. Superior parietal lobule dysfunction in a homogeneous group of dyslexic children with a visual attention span disorder. Brain Lang. 2011;118(3):128-138. doi:10.1016/j.bandl.2010.06.005
29) Vialatte A, Yeshurun Y, Khan AZ, Rosenholtz R, Pisella L. Superior Parietal Lobule: A Role in Relative Localization of Multiple Different Elements. Cereb Cortex. 2021;31(1):658-671. doi:10.1093/cercor/bhaa250
30) Koenigs M, Barbey AK, Postle BR, Grafman J. Superior parietal cortex is critical for the manipulation of information in working memory. J Neurosci. 2009 Nov 25;29(47):14980-6. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3706-09.2009. PMID: 19940193; PMCID: PMC2799248.
31) Karnath HO, Fruhmann Berger M, Küker W, Rorden C. The anatomy of spatial neglect based on voxelwise statistical analysis: a study of 140 patients. Cereb Cortex. 2004;14(10):1164-1172. doi:10.1093/cercor/bhh076
32) Kase CS, Troncoso JF, Court JE, et al ：Global spatial disorientation：cinico-pathological correlations. J Neurol Sci 34： 267-278, 1977
33) Kumral E, Çetin FE, Özdemir HN. Cognitive and Behavioral Disorders in Patients with Superior Parietal Lobule Infarcts. Can J Neurol Sci. 2023;50(4):542-550. doi:10.1017/cjn.2022.81
34) 平山和美（編著）：高次脳機能障害の理解と診察. 中外医学社, 東京, 2017, pp171-175
35) (前田眞治 2017 脳画像 p66~67)

多種多様な機能がある分、繋がりがある部分も多く、その一つにSLFⅠがありますが、他にも様々な接続やネットワークがあります。

その中で、背側注意ネットワークにSLFⅠが関与しています。
背側注意といえばトップダウン、随意性の注意で、自分から能動的に向ける注意のことを指します。
下記のスライドのサルは多感覚の統合をしながら手を伸ばすことに障害が認められていますね。
私たちはあらゆる感覚を感じ取りながら目標物へ手を伸ばしたり、目的の方向へ手を伸ばしたりしています。それを障害されると複雑な手の動きや、目標物へのリーチ動作が障害されてしまいます。

36) Eric et al., 2022 カンデル神経科学第2版 p838
37) Passarelli L, Gamberini M, Fattori P. The superior parietal lobule of primates: a sensory-motor hub for interaction with the environment. J Integr Neurosci. 2021;20(1):157-171. doi:10.31083/j.jin.2021.01.334

経路では上頭頂小葉は背背側経路に属します。
形態経路という字の形態に関する経路にも属しています。

34) 平山和美（編著）：高次脳機能障害の理解と診察. 中外医学社, 東京, 2017, pp171-175
38) Reed CL, Klatzky RL, Halgren E：What vs. where in touch：an fMRI study. Neuroimage 25：718-726, 2005
41) Sakurai Y, Onuma Y, Nakazawa G, et al ：Parietal dysgraphia：characterization of abnormal writing stroke sequences,character formation and character recall. Behav Neurol 18：99-114, 2007

ゲルストマン症候群といえば角回ですが、ゲルストマン症候群にも関与していると言われています。局所的な場合もありますが、まとめて周りが障害されることもあるようです。

42) Strub RL, Geschwind N. Local ization in Gerstmann syndrome. In：Local ization in Neuropsychology （ed by AKertesz）, New York, Academic Press, 1983, pp 295321
43) Rusconi E, Pinel P, Dehaene S, et al . The enigma of Gerstmann’s syndrome revisited：a tel l ing tale of the vicissitudes of neuropsychology. Brain 2010； 133： 320-32.

次に人格との関係ですが、基本的には前頭葉が担当しています。
一部、外向性については上頭頂小葉が担当しているようです。

失調といえば小脳をイメージされるかと思います。
頭頂葉性運動失調というものもあり、上肢に多くみられるようです。

45) Critchley M : The Parietal Lobes. Macmillan, London, pp.160-161, 1953.
46) 二村明徳, 河村　満 : 頭頂葉性運動失調. アクチュアル　脳・神経疾患の臨床　小脳と運動失調 : 小脳はなにをしているのか（辻　省次総編集, 西澤正豊専門編集）. 中山書店, 東京, pp.289-294, 2013.

次は視覚性の運動失調です。
上頭頂小葉は視覚と触覚の統合も行っているため、視覚性運動失調の一部が関係しています。
また、脳幹からの情報、脳幹への情報、運動前野への情報障害によっても起こりえます。

47) 平山恵造 : 視覚性運動失調. 神経症候学4章大脳連合機能障害III空間認知-動作障害. 神経症候学改訂第二版第I巻. 文光堂, 東京, pp.155-159, 2006.
48) Galletti C, Kutz DF, Gamberini M, et al. : Role of the medial parieto-occipital cortex in the control of reaching and grasping movements. Exp Brain Res, 153 : 158-170, 2003

運動前野とは、生成した運動プログラムを中心前回に送る役割を持っています。特に巧緻動作や筋緊張とも関連しています。

運動前野は視覚から得た情報に対しリーチするような課題でより賦活されます。運動の前にある先行性随伴性姿勢調整にも関わります。（中心前回が働く前に網様体脊髄路で姿勢筋の調整をするのです）
運動前野はとくに近位筋に関与しているようですね。

49) Wise, S.P., et al., Premotor and parietal cortex: corticocortical connectivity and combinatorial computations. Annu Rev Neurosci, 1997. 20: p. 25-42.
50) Freund, H.J. and H. Hummelsheim, Premotor cortex in man: evidence for innervation of proximal limb muscles. Exp Brain Res, 1984. 53(2): p. 479-82.

運動前野は運動前の準備やイメージなどでも賦活がみられています。

51) Halsband, U., et al., The role of premotor cortex and the supplementary motor area in the temporal control of movement in man. Brain, 1993. 116 ( Pt 1): p. 243-66.
52) Halsband, U. and H.J. Freund, Premotor cortex and conditional motor learning in man. Brain, 1990. 113 (Pt 1): p. 207-22.

特に前部の背側運動前野は前頭前野に近い働きをしています。
腹側運動前野に関しては、視覚的誘導に関わるようです。

53) Cisek, P. and J.F. Kalaska, Neural correlates of reaching decisions in dorsal Premotor cortex: specification of multiple direction choices and final selection of action. Neuron, 2005. 45(5): p. 801-14.
54)(丸石正治 2017 機能解剖高次脳機能障害 p185~186)
55) Muhammad, R., J.D. Wallis, and E. K. Miller, A comparison of abstract rules in the prefrontal cortex, premotor cortex, inferior temporal cortex, and striatum.J Cogn Neurosci, 2006. 18(6): p. 974-89.
56) Boussaoud, D., Primate promotor cortex: modulation of preparatory neuronal activity by gaze angle. J Neurophysiol, 1995. 73(2): p. 886-90.
57) (河村満 2021 連合野ハンドブックp49)

CI療法での活性化や、運動機能の代償が行われます。

58)Könönen M, et al : Increased perfusion in motor areas after constraint-induced movement therapy in chronic stroke: a single-photon emission computerized tomography study. J Cereb Blood Flow Metab 25 :1668-1674, 2005
59) Gauthier LV, et al: Remodeling the brain plastie structural brain changes produced by different motor therapies after stroke. Stroke 39: 1520-1525, 2008
60) Jaillard A, Martin CD, Garambois K, et al.：Vicarious function within the human primary motor cortex Alongitudinal fMRI stroke study. Brain 128, 1122-1138, 2005.
61) Nishimura Y, Onoe H, Morichika Y, et al.：Time-dependent central compensatory mechanisms of finger dexterity after spinal cord injury. Science 318, 1150-1155, 2007.

背側運動前野は視覚との結びつきが強いです。運動前野を障害するとこの連合が失われた運動が生じることになります。

62) (河村満 2021 連合野ハンドブック p50~52)
63) Passingham RE:Premotor cortex：sensory cues and movement. Behav Brain Res 18：175-186, 1985
64) Kurata K, Wise SP：Premotor cortex of rhesus monkeys：set-related activity during two conditional motor tasks. Exp Brain Res 69：327-343, 1988

運動前野は、複数の可能性のある運動プログラムから、1つの準備状態に収束させる働きを持っています。
これは分散型コンセンサスとして提唱されています。

65) Hoshi E, Tanji J： Integration of target and body-part information in the premotor cortex when planning action. Nature 408：466-470, 2000
66) Wallis JD, Miller EK：From rule to response：Neuronal processes in the premotor and prefrontal cortex. J Neurophysiol 90：1790-1806, 2003
67) Thura D, Cisek P：Deliberation and commitment in the premotor and primary motor cortex during dynamic decision making.Neuron 81：1401-1416, 2014
68) Cisek P： Integrated neural processes for defining potential actions and deciding between them：a computational model. J Neurosci 26：9761-9770, 2006
69) Cisek P：Making decisions through a distributed consensus. Curr Opin Neurobiol 22：927-936, 2012

これは有名な実験ですね。
運動前野を損傷したサルは、損傷側の手で物を取ろうとすると、前にある透明な壁に真っ直ぐ手を伸ばしてしまうというものです。
運動前野は視覚的手掛かりからどうやって運動すればいいのかということを無意識に判断しています。

70) Moll L, Kuypers HG：Premotor cortical ablations in monkeys：contralateral changes in visually guided reaching behavior.Science 198：317-319, 1977
71) 虫明元, 丹治順：行動の発現と運動プログラミング. 計測と制御 33：255-262, 1994

運動前野は大脳基底核とも連絡していて、運動調節が行われています。

72) Iwamura Y, Tanaka M, Sakamoto M, et al：Vertical neuronal arrays in the postcentral gyrus signaling active touch： a re-ceptive field study in the conscious monkey. Exp Brain Res 58：412-420, 1985

運動前野は側頭葉ともつながっているようです。
また、言語に関する課題においても働いており、様々な部位の調整にッ変わっている可能性があります。

73) Friederici AD：The brain basis of language processing：from structure to function. Physiol Rev 91：1357-1392, 2011
74) Dick AS, Tremblay P：Beyond the arcuate fasciculus：consensus and controversy in the connectional anatomy of language.Brain 135：3529-3550, 2012 75) Sakai KL：Language acquisition and brain development. Science 310：815-819, 2005
76) Hashimoto R, Sakai K：Specialization in the left prefrontal cortex for sentence comprehension. Neuron 35：589-597,2002

また、運動錯覚において、運動関係のネットワークが活動しています。

77) Naito E, Morita T, Amemiya K：Body representations in the human brain revealed by kinesthetic illusions and their es-sential contributions to motor control and corporeal awareness. Neurosci Res 104：16-30, 2016

運動前野はミラーニューロンシステムを構成する部位となっています。
模倣などにも関わりそうなネットワークですね。

78) Rizzolatti G, Matelli M：Two different streams form the dorsal visual system：anatomy and functions. Exp Brain Res 153：146-157, 2003
79) Galletti C, Kutz DF, Gamberini M, et al：Role of the medial parieto-occipital cortex in the control of reaching and graspingmovements. Exp Brain Res 153：158-170, 2003

外国人アクセント障害というものがあり、普通にしゃべる言葉が外国人の喋り方の様になってしまいます。
その場合一次運動野/運動前野、大脳基底核が損傷に含まれるようです。

80) Mariën P, Keulen S, Verhoeven J. Neurological Aspects of Foreign Accent Syndrome in Stroke Patients. J Commun Disord 2019；77：94-113.
81) Maldonado IL, Moritz-Gasser S, Duffau H. Does the left superior longitudinal fascicle subserve language se-mantics? A brain electrostimulation study. Brain Struct Funct 2011 Sep；216（3）：263-74.

調子にのって図を作ってみましたが、運動前野はこのような感じで働いています。

この説明を上の図にしました。
説明はこちらになります。

82) Hoeren M, Kümmerer D, Bormann T, et al. Neural bases of imitation and pantomime in acute stroke patients: distinct streams for praxis. Brain. 2014;137(Pt 10):2796-2810. doi:10.1093/brain/awu203
84) Goldenberg G, Spatt J. The neural basis of tool use. Brain. 2009;132(Pt 6):1645-1655. doi:10.1093/brain/awp080
85) Buxbaum LJ, Shapiro AD, Coslett HB. Critical brain regions for tool-related and imitative actions: a componential analysis. Brain. 2014 Jul;137(Pt 7):1971-85. doi: 10.1093/brain/awu111. Epub 2014 Apr 27. PMID: 24776969; PMCID: PMC4065019.
86) Haaland KY, Harrington DL, Knight RT. Neural representations of skilled movement [published correction appears in Brain. 2001 Jan;124(Pt 1):243-244]. Brain. 2000;123 ( Pt 11):2306-2313. doi:10.1093/brain/123.11.2306
87) Niessen E, Fink GR, Weiss PH. Apraxia, pantomime and the parietal cortex. Neuroimage Clin. 2014 Jun 5;5:42-52. doi: 10.1016/j.nicl.2014.05.017. PMID: 24967158; PMCID: PMC4066186.
89) Sperber C, Wiesen D, Goldenberg G, Karnath HO. A network underlying human higher-order motor control: Insights from machine learning-based lesion-behaviour mapping in apraxia of pantomime. Cortex. 2019;121:308-321. doi:10.1016/j.cortex.2019.08.023
90) Manuel AL, Radman N, Mesot D, et al. Inter- and intrahemispheric dissociations in ideomotor apraxia: a large-scale lesion-symptom mapping study in subacute brain-damaged patients. Cereb Cortex. 2013;23(12):2781-2789. doi:10.1093/cercor/bhs280

運動前野は病態失認にも関与するようで、特に遷延しやすいようです。

91) Baier B, Karnath HO. Incidence and diagnosis of anosognosia for hemiparesis revisited. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2005 Mar;76(3):358-61. doi: 10.1136/jnnp.2004.036731. PMID: 15716526; PMCID: PMC1739568.
92) Vocat R, Staub F, Stroppini T, Vuilleumier P. Anosognosia for hemiplegia: a clinical-anatomical prospective study. Brain. 2010;133(Pt 12):3578-3597. doi:10.1093/brain/awq297
93) Levine DN, Calvanio R, Rinn WE. The pathogenesis of anosognosia for hemiplegia. Neurology. 1991;41(11):1770-1781. doi:10.1212/wnl.41.11.1770
94) Hier DB, Mondlock J, Caplan LR. Behavioral abnormalities after right hemisphere stroke. Neurology. 1983;33(3):337-344. doi:10.1212/wnl.33.3.337
95) Karnath HO, Baier B, Nägele T. Awareness of the functioning of one's own limbs mediated by the insular cortex? J Neurosci. 2005 Aug 3;25(31):7134-8. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1590-05.2005. PMID: 16079395; PMCID: PMC6725240.
96) Berti A, Bottini G, Gandola M, et al. Shared cortical anatomy for motor awareness and motor control. Science. 2005;309(5733):488-491. doi:10.1126/science.1110625

次のテーマに入ります

ここでは運動をテニスで例えています。とても分かりやすい流れですね。

次は頭頂葉に戻って、二次感覚野ニューロンが運動前野と前頭前野に信号を送って記憶保持しているのは衝撃ですね。
アクティブタッチについて進んでいきます
自分から随意的に触る行為をアクティブタッチと言います。
これには運動の感覚誘導が重要です。
運動前野と同時に活性化し、S-１に先行し、調節し合っているようですね。