皮質可塑性と知覚学習：脳は視神経損傷を代償できるか？

はじめに

緑内障やその他の視神経疾患は、眼の神経細胞を徐々に破壊し、視野の喪失を引き起こします。患者はゆっくりと拡大する暗点に気づかないことが多いですが、研究者たちは脳が適応し、残りの視力を利用できるかどうかを疑問視しています。言い換えれば、皮質可塑性（脳が自己再編成する能力）と知覚学習は、視神経損傷後の代償に役立つでしょうか？この問いは活発に研究されています。脳画像検査では、緑内障が網膜神経節細胞を死滅させるだけでなく、視覚経路に沿った変化も引き起こすことが示されています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。研究者たちは、緑内障性損傷が悪化するにつれて、視覚野（視覚を司る脳領域）の活動が対応する視野領域で低下することを発見しました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。しかし、脳内の視覚の全体的なマッピングはしばしば無傷のままです (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。

興味深いことに、多くの緑内障患者は自身の暗点にほとんど気づいていません。この知覚的補完（脳が欠落した周辺情報を「埋める」こと）は、神経の代償を反映していると考えられています。例えば、ある脳画像研究では、緑内障患者（重度の視野喪失がある場合でも）は、脳が欠陥領域を効果的にマスクまたは「補完」するため、すぐに視力喪失を感じないことが指摘されました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。これらの知見は、長期にわたる眼疾患の後でも、成人の視覚野がある程度の可塑性を保持していることを示唆しています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。

緑内障における皮質再編成

緑内障は網膜神経節細胞と視神経内の軸索を破壊します。剖検および動物研究は、緑内障が「上流」の損傷も引き起こすことを示しています。例えば、外側膝状体（脳内のリレー核）の菲薄化、さらには一次視覚野（V1）における神経細胞の損失です (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。ヒト緑内障のin vivo fMRI研究はこれを支持しており、V1活動の強度が視野感度喪失と相関しています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。主要な研究では、視野の盲部分に対応するV1の領域が、眼の感度喪失と密接に一致する低い血中酸素信号を示したことが実証されました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。要するに、眼の損傷は、神経入力が失われた場所での皮質応答の弱体化として反映されます。

一方で、緑内障における視覚野の配置は、概ね正常に見えることが多いです。ある最近のfMRI研究では、緑内障患者において大規模な網膜皮質局在（脳のどの部分が視覚のどの部分に対応するか）が概ね維持されていることが判明しました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。周辺視野が失われた場合でも、中心から遠隔視覚への大まかなマッピングは正しい順序を保っていました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。変化したのは小さな局所的特性でした。初期視覚野の受容野は、無傷の領域に向かってシフトし、時には拡大する傾向がありました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。言い換えれば、暗点（盲点）に隣接するニューロンが、近くの見える領域に反応し始めることがありました。これらの微妙なシフトは、成人の視覚野に局所的な可塑性があることを示唆しています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。重要なことに、これらのpRF（集団受容野）変化の程度は疾患の重症度と相関しており (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)、より進行した緑内障がより多くの皮質適応を引き起こすことを示唆しています。

要約すると、緑内障の画像研究は、眼が損傷すると視覚脳が実際に変化することを示しています。失われた視野領域では皮質活動が低下し、暗点の近くで軽微な再マッピングが発生します (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。この再編成は、多くの患者が早期の視野喪失に気づかない理由を説明するのに役立つかもしれません。脳が情報を「補完」し、欠陥をマスクするためです (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。しかし、変化は限定的です。ほとんどの研究では、成人のV1がそのマッピングを劇的に書き換えることはなく、大まかな組織は維持され、ニューロンが失われた入力を突然回復することはないとされています。

知覚学習と視覚トレーニング

知覚学習とは、知覚能力を向上させることができる視覚課題に対する系統的な練習を指します。医療分野では、視野欠損（緑内障、脳卒中、黄斑疾患によるもの）のある患者が残りの視力を最大限に活用できるよう、専門的な視覚トレーニングプログラムが開発されています。これらのプログラムでは、患者が盲領域内またはその近くでパターンを繰り返し識別するコンピュータまたはバーチャルリアリティの演習がよく使用されます。その目的は、弱い信号を強化し、脳がそれらをよりよく検出できるように再訓練することです。

いくつかのトレーニングプラットフォームが試されています。例えば、ある商業システム（NovaVisionの「Vision Restoration Therapy」）では、ユーザーが毎日数時間、盲視野の端をターゲットにした視覚演習を行います。他のアプローチでは、コントラストパターン、ガボールパッチ、または動きの刺激をバーチャルリアリティヘッドセットで使用します。脳信号（VEPなど）を音に変換するバイオフィードバック装置さえ存在し、患者はリアルタイムで脳の反応を「調整」することができます (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。

臨床試験の証拠

期待にもかかわらず、厳密な試験では結果がまちまちでした。大規模な視野改善に関する初期の熱狂的な報告は批判を浴びました。著名なレビューでは、コンピュータ化されたトレーニングの先駆者たちが劇的な改善（一部の患者が数十度の視野を獲得）を報告したことが指摘されています。しかし、独立した対照試験が行われると、これらの改善は消失しました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。ある分析では、慎重な固視を伴うトレーニング後の視野検査は、患者の主観的な視覚改善感にもかかわらず、有意な視野改善を示しませんでした (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。本質的に、初期の研究ではトレーニングと結果評価に同じソフトウェアを使用することが多く、これは効果を過大評価する可能性があります (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。批評家たちは、トレーニング中の微妙な眼球運動が視野の拡大を模倣する可能性があると指摘しました。患者は盲側へ微小なサッカードを行うことを学習し、暗点が実際には縮小していないにもかかわらず視覚刺激が見られるようになったためです (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。

より最近の無作為化試験では、より厳密な対照が採用されています。2021年の脳卒中による半盲を対象とした多施設共同試験では、6ヶ月間の自宅トレーニングが実施されました。患者は視野内で動き識別タスクを実行しました。治療群は非常に小さな改善（視野感度で約0.6～0.8 dB）を示しましたが、これは対照群の変化よりも有意に大きいものではありませんでした (www.sciencedirect.com) (www.sciencedirect.com)。これは、盲視野における日常的なトレーニングが、欠損を拡大させる上で対照群（見える視野におけるトレーニング）より優れていなかったことを示唆しています。

しかし、すべての研究が否定的であったわけではありません。個別化されたバーチャルリアリティ視覚識別プログラムを用いた新しい試験（2025年5月）では、明確な効果が示されました。VRヘッドセットを12週間使用した脳卒中患者は、トレーニングなしの対照群と比較して、感度が改善した領域（≥6 dB）が有意に多かったのです (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。標準視野検査では、トレーニングを受けた患者は罹患視野で約0.7～1.2 dB改善しましたが、対照群は実質的に変化がありませんでした (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。これらの改善は、統計的および臨床的に優れた視野スコアにつながりました。これは、集中的で個別化されたトレーニングが、慢性的な視野喪失における視覚感度を実際に強化できることを示唆しています。

オーディオVEPバイオフィードバック（上記参照）を用いた他の研究でも、有望ながらも予備的な結果が得られています。対照なしのパイロット研究では、VEPガイドによる短期間の聴覚フィードバックが視力とVEP信号の振幅を約3倍に改善しました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。まだ証拠は少ないものの、これらの研究は、慎重に設計されたトレーニングが測定可能な皮質改善を促進する可能性を示唆しています。

効果量と論争

期待値を設定することが重要です。トレーニングが統計的に有意な効果を示しても、改善の程度は通常控えめです。視覚閾値（コントラストのデシベル単位）で1 dB未満の変化が典型的です (www.sciencedirect.com) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。参考までに、ハンフリー視野計における1 dBの改善はほとんど気づかれず、再検査の変動性も同程度である可能性があります。また、多くの試験では、トレーニング直後の短期的な改善のみが報告されています。長期的な追跡調査は非常に少なく、これらの効果がどの程度持続するのかは不明です。患者は、効果を維持するために、しばしば無期限に運動を続けることになります。

論争の中心は、測定された改善が真の神経回復を反映しているのか、それとも他の要因によるものなのかという点です。批評家たちは、一部の改善が固視安定性の向上やテストに対する練習効果によるものである可能性があると警告しています。前述の通り、慎重な研究では、眼の位置が厳密に制御されている場合、脳ベースのトレーニングが視野の回復をもたらさないことが多いことが判明しています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。要するに、知覚学習は有望であるものの、証拠はまちまちです。質の高い一部の試験では小さくても真の恩恵が示されていますが (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)、他の試験では偽トレーニングに対する反応は見られませんでした (www.sciencedirect.com)。

皮質代償 vs 網膜回復

重要な区別は、トレーニングが皮質代償につながるのか、それとも眼の神経細胞の実際の回復につながるのかという点です。真の回復とは、損傷した網膜神経節細胞や視神経線維が再生または再接続することを意味しますが、これは生物学的にありそうもありません。成人のヒト視神経には、失われたニューロンを再生する能力は実質的にありません。したがって、ほとんどの専門家は、トレーニングによる視覚的な改善は脳レベルの変化によるものだと考えています。

例えば、光干渉断層計（OCT）は、網膜神経線維層と神経節細胞層の厚さを測定できます。視覚トレーニングに関するほとんどすべての研究は、これらの厚さの意味のある増加（および新しい軸索）を示しておらず、神経損傷が残っていることを強調しています。興味深いことに、ある小規模な研究では、バーチャルリアリティトレーニング後に黄斑の一部にわずかな肥厚が報告されました (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)が、これは例外であり、測定のばらつきまたは組織の一時的な変化によるものである可能性があります。一般的に、視覚系が残存する信号をより有効に利用していると考える方が安全であり、真に組織が再生しているわけではありません。

対照的に、皮質代償とは、脳が既存の入力を再調整し、再編成することを意味します。トレーニングは、温存された神経回路を動員したり、高次処理領域の感度を高めたりする可能性があります。例えば、ある研究で観察されたように、盲目にもかかわらず依然として弱く反応していた視覚野の領域（いわゆる「神経予備能」）は、トレーニング後に視野の改善が見られた場所と正確に一致していました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。言い換えれば、もし脳が暗点にすでに障害があるが回復可能な活動を保持していたなら、トレーニングは主にその潜在的な反応を増幅させたということです。したがって、知覚される視野のわずかな拡大は、多くの場合、網膜の治癒ではなく、これらの皮質内調整によるものです。

脳の変化のモニタリング：fMRIとVEPバイオマーカー

脳レベルの変化と網膜の変化を区別することは非常に重要であるため、研究者は客観的なバイオマーカーを使用します。主な2つのツールは、機能的MRI (fMRI) と視覚誘発電位 (VEP) です。

• 機能的MRI (fMRI): この非侵襲的な脳スキャンは、視覚野が活動しているときの血流の変化を測定します。緑内障やその他の病態では、fMRIは「網膜部位局在」をマッピングし、皮質のどの部分が視野のどの部分に反応するかを明らかにすることができます。研究ではfMRIを用いて、V1信号が暗点で低下することを確認し、微妙な再マッピングを検出しています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。リハビリテーションの文脈では、fMRIはトレーニングがより大きな皮質活動を刺激するかどうかを示すことができます。例えば、ある研究では、盲視野にいわゆる「神経予備能」（意識的な視覚なしの皮質反応）を持つ患者が、トレーニング後に最大の改善を示したことが判明しました (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。これは、fMRIが最終的に誰が治療から恩恵を受けるかを予測できる可能性を示唆しています。患者が視覚を認識していなくてもfMRIで点灯する領域は、トレーニングによる強化に適しているかもしれません。

• 視覚誘発電位 (VEP): VEPは、フラッシュやパターンに対する脳の電気的応答を頭皮EEGで記録したものです。これらは皮質応答の強度とタイミングを直接測定します。実際には、チェッカーボードやフラッシュが提示され、刺激後約100ミリ秒で電極が特徴的なP100波を検出します。振幅が大きいほど、または潜時が短いほど、一般的に強い皮質処理を意味します。トレーニング研究では、これらの測定値が改善することが示されています。例えば、VEP指向フィードバックを用いた最近のパイロット研究では、トレーニング後にP100振幅が約3倍になり、視力改善と並行して増加したと報告されています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。この種の変更は、皮質学習を強く示唆しています。VEPは客観的かつ定量的であるため、有用なバイオマーカーとして機能します。視覚トレーニングがVEP振幅を増強するならば、それは視覚経路における真の神経可塑性を示しています。

これらの方法を眼画像診断（OCT）や標準的な視野検査と組み合わせることで、臨床医は皮質適応と網膜の異常を区別することができます。例えば、数ヶ月のトレーニング後も患者のOCT層が変化しないが、VEPとfMRIの応答が強くなった場合、それは脳レベルの可塑性を示唆しています。

結論

まとめると、皮質可塑性は視神経損傷のある成人でも存在しますが、その効果は限定的です。脳画像検査では、緑内障患者が主に安定した視覚マッピングを維持しており、局所的な受容野のシフトと振幅の変化のみが見られることが示されています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。知覚トレーニングはこの可塑性を活用できます。場合によっては、慎重に設計された演習が視覚感度と視力を高め、おそらく皮質処理を強化することによって効果を発揮します。しかし、臨床試験の結果はまちまちです。多くの試験ではごくわずかな改善（しばしば検査ノイズの範囲内）しか示されず、初期の熱狂の一部は厳密な対照によって抑制されています (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.sciencedirect.com)。

決定的に重要なのは、トレーニングで見られるいかなる改善も、真の視神経修復と混同してはならないということです。現在の証拠は、視覚の改善は網膜細胞の再生からではなく、脳が残存する信号を利用することを学習することによるものだと示唆しています。このような変化を監視するために、研究者は眼科検査と並行して神経画像診断および電気生理学（fMRI、VEP）を使用します。これらのバイオマーカーは、機能的改善の根底にある皮質再編成を記録できます。

患者にとって、このメッセージは「慎重な楽観主義」です。脳は、ある程度適応することができ、系統的な視覚運動は残存視力に小さな恩恵をもたらす可能性があります。しかし、これらは既存の入力を強化するものであり、治療法ではありません。皮質可塑性を理解し活用することは、活発な研究分野です。将来の治療法は、画像誘導型トレーニングや閉ループバイオフィードバックを統合して、脳の自然な適応能力を最大化するかもしれませんが、現時点では、そのようなアプローチは標準的な眼科ケアの補助として捉えられるべきであり、代替ではありません。