Nature Neuroscience Published: 16 September 2024
Neuroanatomical changes observed over the course of a human pregnancy (ヒト妊娠期間中に観察された神経解剖学的変化)
Laura Pritschet, Emily G. Jacobs
Department of Psychological & Brain Sciences, University of California, Santa Barbara, CA, USA (カリフォルニア大学サンタバーバラ校)
Abstract
Pregnancy is a period of profound hormonal and physiological changes experienced by millions of women annually, yet the neural changes unfolding in the maternal brain throughout gestation are not well studied in humans. Leveraging precision imaging, we mapped neuroanatomical changes in an individual from preconception through 2 years postpartum. Pronounced decreases in gray matter volume and cortical thickness were evident across the brain, standing in contrast to increases in white matter microstructural integrity, ventricle volume and cerebrospinal fluid, with few regions untouched by the transition to motherhood. This dataset serves as a comprehensive map of the human brain across gestation, providing an open-access resource for the brain imaging community to further explore and understand the maternal brain.
妊娠は、毎年何百万人もの女性が経験する、ホルモンと生理学の双方にわたる劇的な変化の期間だが、妊娠期間中に母親の脳内で起こる神経の変化については、人間ではあまり研究されていない。 精密画像処理を活用し、私たちは、妊娠前から出産後2年までの間の神経解剖学的変化を1人の被験者についてマッピングした。灰白質体積と皮質厚の顕著な減少が脳全体で明らかになり、白質微細構造の完全性、脳室体積、脳脊髄液の増加とは対照的であり、母親になることによる変化の影響を受けていない領域はほとんどなかった。このデータセットは、妊娠期間中のヒトの脳の包括的な地図として役立ち、母親になることによる変化をさらに探求し理解するためのオープンアクセスリソースとして、脳画像コミュニティに提供される。
Figure 1a: 標準的な妊娠のステージを妊娠週数ごとに示したものであり、トリメスター（妊娠期の3つの段階）が表示されている。
Figure 1b: 妊娠中にステロイドホルモン（17β-エストラジオールとプロゲステロン）の濃度が急激に増加し、産後に急速に低下する様子を示している。妊娠前、妊娠初期、中期、後期、および産後のホルモン濃度をプロットしている。
Figure 1c: 38歳の健康な初産の女性が、妊娠前3週間から産後2年間にわたって26回のスキャンを受けた概要を示している。スキャンは妊娠前に4回、妊娠初期に4回、中期に6回、後期に5回、産後に7回行われた。スキャンのタイミングと主要な測定項目の収集時期が表示されており、色で妊娠段階を示している。この女性は体外受精（IVF）によって妊娠したため、排卵、受精、妊娠週の正確なマッピングが可能であった。
Figure 1d: 妊娠期間全体にわたる脳の要約的な測定値（灰白質体積、皮質の厚さ、総脳体積、白質の微細構造の定量的異方性（QA））の変化を示している。一般化加法モデル（GAM）により、妊娠が進むにつれて灰白質体積、皮質厚、総脳体積が線形的に減少し、産後にはわずかに回復する様子が示されている。一方で、白質の微細構造の一貫性は妊娠の第1および第2トリメスターに増加し、産後に基準値に戻る非線形パターンを示している。脳室体積および脳脊髄液（CSF）も、第2および第3トリメスターにかけて増加し、産後に急速に減少する様子が観察されている。シェーディングされた部分は95%信頼区間を示し、実線はモデルフィット、破線は出産のタイミングを示している。
Abstract
妊娠は、毎年数百万の女性に影響を与えるホルモンと生理学的変化の期間であり、妊娠中の脳の変化は十分に理解されていない。精密イメージングを利用して、1人の個人を妊娠前から産後2年間にわたり追跡し、神経解剖学的変化をマッピングした。このデータは、脳イメージングコミュニティに提供され、母体脳のさらなる理解のためのリソースとなるものである。
Background
妊娠は、女性の体に大きな生理学的変化をもたらし、ホルモンの大幅な増加を引き起こす。具体的には、エストロゲンやプロゲステロンの産生が急激に増加し、100倍から1000倍に達する。このホルモンの増加は、脳の構造的な再編成、特に母親の行動をサポートする脳回路における神経可塑性を促進する。このような神経可塑性の変化は、これまで動物モデルや人間で確認されてきたが、妊娠中の具体的な神経解剖学的変化は未解明な点が多いものである。
Methods
健康な38歳の初産女性を対象に、妊娠前3週間から産後2年間にわたり26回のMRIスキャンを行った。全脳のダイナミクスが精密に記録され、灰白質（GMV）、大脳皮質の厚さ（CT）、白質の微細構造の一貫性（QA）などの要素が追跡された。ホルモンレベルも、妊娠週数の進行に伴い評価され、血清中のエストロゲンとプロゲステロンの濃度が測定された。MRIスキャンは、3T Prismaスキャナーを使用して行われ、事前と事後の検査でスキャンの信頼性が確認された。データは、妊娠週数と脳の解剖学的変化の間の関係を明らかにするために統計解析が実施されたものである。
結果
妊娠の進行に伴い、全体的に大脳皮質の灰白質体積（GMV）と皮質の厚さ（CT）が著しく減少した。この変化は性ホルモンの急激な上昇と密接に関連していたものである。一方で、白質の微細構造の一貫性（QA）は妊娠中に増加し、妊娠期間中の後期にピークに達した後、産後に減少したものである。また、脳室の体積と脳脊髄液（CSF）の量が、妊娠後期に増加し、産後に急激に減少する非線形パターンが観察されたものである。
皮質の灰白質体積は、妊娠週数が進むにつれて、特に感覚や注意ネットワークに関与する領域で大幅な減少が見られた。特に、両側の下頭頂葉、後帯状皮質、前頭前野が大きく影響を受けたものである。また、視覚中枢ネットワークや辺縁系ネットワークでは、灰白質の減少が少なく、いくつかの領域では増加が見られたものである。
皮質下領域では、妊娠期間中に双側の視床、尾状核、海馬、脳幹などで体積の減少が観察されたものである。高解像度のMRIによる海馬のサブフィールド解析では、CA1、CA2/CA3、傍海馬皮質（PHC）の体積が妊娠週数とともに減少したが、その他のサブフィールドは安定していたものである。白質トラクトの分析では、脳全体で白質微細構造の一貫性が増加し、妊娠週数と強く関連していたものである。
Discussion
妊娠は、脳の大規模な構造的変化を引き起こし、特に灰白質の減少と白質の微細構造の増加を特徴とするものである。また、これらの変化は妊娠中にピークに達し、産後に一部回復するが、完全には元に戻らないことがわかったものである。この研究は、脳が成人期にも大きな再編成を遂げる能力を示しており、妊娠が神経可塑性の重要な期間であることを強調するものである。
妊娠中の脳の変化は、母親の行動や産後うつ病、さらには神経疾患のリスクと密接に関連している可能性があるものである。特に、灰白質の減少が母性行動に関連する脳回路の「微調整」を反映している可能性があると考えられる。従来の研究では、妊娠前後の脳の変化に焦点が当てられていたが、この研究は、妊娠期間中の週単位の変化を精密に捉え、特に白質の微細構造の変化や、灰白質の体積減少の非線形性を示した点で独自性があるものである。また、妊娠に関連する神経可塑性のタイムコースを詳細に示したことが、この研究の大きな貢献である。単一の被験者に基づいているため、結果の一般化には限界があるものである。今後の研究では、より多様な被験者を対象とした精密イメージングが必要である。また、白質の微細構造の増加が水分保持や組織圧縮に関連している可能性があるため、その要因をさらに調査する必要があるものである。
この研究は、母体の健康に関連する神経学的変化を解明するための基盤を提供しており、特に産後うつ病や妊娠中の神経疾患に対する早期診断や治療に役立つ可能性があるものである。また、妊娠中に脳がどのように再編成されるかを理解することで、脳の可塑性に関する基礎的な知見が得られ、長期的には女性の脳老化や神経保護効果に関する研究に応用できるものである。
