マウス研究：研究者は非侵襲的形態の深部脳刺激を考案する

マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者は、ベスイスラエルディーコネスメディカルセンター（BIDMC）およびスイスのITIS財団と協力して、非侵襲的な深部脳刺激を考案しました。

この新しいアプローチにより、パーキンソン病やその他の障害のある患者が脳深部刺激のリスクを軽減し、費用を抑え、アクセスしやすくすることができます。この新しい方法は、脳内に電極を埋め込むために手術を必要とするのではなく、電極を頭皮に適用することによって機能します。

これまでのところ、新しいアプローチは生きているマウスで研究されており、上にある領域の細胞の活動に影響を与えることなく、脳の深部構造を選択的に刺激することが示されています。調査結果はジャーナルに掲載されています 細胞。

「伝統的な深部脳刺激は頭蓋骨を開き、電極を埋め込むことを必要とし、これは合併症を引き起こす可能性があります。第2に、この種の脳神経外科手術を行えるのはごく少数の人々だけです」とMITの生物工学および脳および認知科学の准教授である上級著者のエドボイデンは述べています。

従来の深部脳刺激は、パーキンソン病の多くの患者に使用されて成功しています。また、強迫性障害、てんかん、うつ病の一部の患者の治療にも使用されており、現在、自閉症の治療法として検討されています。新しい非侵襲的アプローチにより、脳深部刺激を適応させて追加の障害を治療することがより簡単になる可能性があると研究者らは述べている。

MITとBIDMCで働いていた元ウェルカムトラスト-MITのポストドクターであるNir Grossman氏は、次のように述べています。現在、インペリアルカレッジロンドンのリサーチフェローです。

パーキンソン病を治療する場合、電極は通常、視床下部にあるレンズ型の構造である視床下核に配置されます。脳のこの領域に供給される電気インパルスは、疾患の多くの症状を改善することが示されていますが、電極を埋め込むために必要な手術は、脳出血や感染などのリスクを伴います。

他の研究者は、うつ病の治療にFDAが承認している経頭蓋磁気刺激（TMS）などの技術を使用して、非侵襲的に脳を刺激しようとしました。 TMSは非侵襲的であるため、通常の人間の被験者でも認知、感情、感覚、運動の基礎科学を研究するために使用されています。

ただし、TMSを使用して脳の深部構造を刺激すると、表面領域が強く刺激され、複数の脳ネットワークが変調する可能性があります。

MITの研究者たちは、時間的干渉と呼ばれる現象を利用して、頭皮に配置された電極を介して、脳の奥深くに電気刺激を与える方法を見つけました。

この戦略では、脳の外側に配置された電極を使用して2つの高周波電流を生成する必要があります。これらのフィールドはニューロンを駆動するには速すぎます。ただし、これらの電流は、脳の深部で交差する場所で、ニューロン内に低周波電流の小さな領域が生成されるように、互いに干渉します。この低周波電流はニューロンの電気的活動を駆動するために使用できますが、高周波電流は効果なしで周囲の組織を通過します。

これらの電流の周波数を調整し、電極の数と場所を変更することにより、研究者は低周波刺激を受ける脳組織のサイズと場所を制御できます。それらは、周囲の脳構造に影響を与えることなく、脳内の深い場所をターゲットにすることができます。彼らはまた、電流を変えることにより、電極を動かすことなく、刺激の場所を操縦することができます。このようにして、治療的使用と基礎科学研究の両方で、深いターゲットを刺激することができます。

MITのメディアラボおよびマックガバン脳研究所研究所のメンバーであるボイデン氏は、「空間分解能はまだ脳深部刺激ほど優れていませんが、深いターゲットに移動して上にあるニューロンを節約できます」と述べています。

MITのPicower Institute for Learning and Memoryの責任者であるLi-Huei Tsai氏と彼女の研究室の研究者は、この手法をマウスでテストし、海馬を含む脳内の小さな領域を刺激できることを発見しました。彼らはまた、刺激の部位をシフトすることができ、運動皮質のさまざまな部分を活性化し、マウスに手足、耳、またはひげを動かすよう促しました。

「私たちは、脳の領域を非常に正確にターゲットにして、ニューロンの活性化だけでなく行動反応を引き出すことができることを示しました」とTsaiは言います。 「パーキンソン病やその他の運動障害は脳の非常に特定の領域から発生しているように見えるので、それは非常にエキサイティングだと思います。それをターゲットにできれば、それを逆転させる可能性があります。」

重要なことに、新しいアプローチでは、皮質のニューロン、つまり頭蓋骨の電極と脳内の深いターゲットとの間にある領域を活性化しませんでした。研究者たちはまた、脳のどの部分にも有害な影響を見出していません。

出典：マサチューセッツ工科大学