脳の深部に外科手術なしで治療法を届ける新技術が開発されたというニュースをご存知でしょうか？
EPFLの研究者らは、外科手術なしで人間の脳の深部を探査する新技術を成功裏にテストしました。この技術は、潜在的な治療目的に使用できる可能性があります。
神経疾患は、世界中で数百万人の人々に影響を与え、その治療は非常に困難です。依存症、うつ病、強迫性障害（OCD）などの病気は、複数の脳領域と回路を含む複雑な病理を特徴としています。これらの条件の治療は、脳機能の理解が不十分であることや、侵襲的な手術をせずに深部脳構造に治療を届ける難しさがあるため、非常に困難です。神経科学の急速に進化する分野では、非侵襲的な脳刺激が手術やインプラントなしで多くの神経学的および精神的な状態を理解し治療するための新たな希望となっています。EPFL（ローザンヌ連邦工科大学）の生命科学部のデフィチェク臨床神経工学講座を持つフリードヘルム・フンメル医学博士（Friedhelm Hummel, MD）とポスドクのピエール・ヴァシリアディス（Pierre Vassiliadis）は、この分野で新しいアプローチを開発し、依存症やうつ病などの治療の前線を開いています。
彼らの研究は、経頭蓋時間干渉電気刺激（tTIS）を利用して、重要な認知機能の制御センターであり、さまざまな神経学的および精神的病理に関与する深部脳領域を具体的に標的としています。この研究は、2024年5月29日にNature Human Behaviourに発表され、医学、神経科学、計算、および工学を統合する学際的アプローチを強調し、脳の理解を深め、潜在的に生活を変える治療法を開発することを目指しています。オープンアクセスの論文は「Non-Invasive Stimulation of the Human Striatum Disrupts Reinforcement Learning of Motor Skills（非侵襲的な人間の線条体の刺激が運動スキルの強化学習を混乱させる）」と題されています。
「侵襲的な深部脳刺激（DBS）は、依存症やパーキンソン病、OCD、うつ病の治療のために深く位置する神経制御センターにすでに適用されています」とフンメル博士は言います。「私たちのアプローチの主な違いは、それが非侵襲的であることです。つまり、頭皮上に低レベルの電気刺激を使用してこれらの領域を標的とするということです。」
論文の主著者であり、医学博士および共同博士号を持つヴァシリアディスは、tTISを頭皮に取り付けた2対の電極を使用して脳内に弱い電場を適用する技術として説明します。「これまで、非侵襲的技術ではこれらの領域を具体的に標的にすることができませんでした。低レベルの電場は、頭蓋骨と深部の間のすべての領域を刺激してしまい、治療が無効になっていました。このアプローチにより、神経精神障害において重要な深部脳領域を選択的に刺激することが可能になります」と彼は説明します。
この革新的な技術は、最初に齧歯類モデルで探求された時間干渉の概念に基づいており、EPFLチームによって人間への応用に成功しました。この実験では、一対の電極が2000Hzの周波数に設定され、もう一対が2080Hzに設定されました。脳構造の詳細な計算モデルのおかげで、電極はターゲット領域で信号が交差するように頭皮に特定の位置に配置されます。
この交差点で干渉の魔法が起こります。2つの電流のわずかな周波数差である80Hzがターゲット領域内の効果的な刺激周波数となります。この方法の優れた点は、その選択性にあります。高い基礎周波数（例：2000Hz）は神経活動を直接刺激せず、介在する脳組織には影響を与えず、効果をターゲット領域にのみ集中させます。
最新の研究の焦点は、報酬と強化メカニズムの重要な役割を果たす線条体です。「私たちは、報酬を通じてどのように学習するか、強化学習が特定の脳周波数を標的にすることでどのように影響されるかを調査しています」とヴァシリアディスは述べています。線条体に80Hzの刺激を適用することで、チームはその正常な機能を混乱させ、学習プロセスに直接影響を与えることができることを発見しました。
彼らの研究の治療的可能性は非常に大きく、特に報酬メカニズムが重要な役割を果たす依存症、無気力、およびうつ病などの状態に対して有望です。「例えば、依存症では、人々は報酬に対して過度にアプローチする傾向があります。私たちの方法は、この病的な過剰強調を減らすのに役立つかもしれません」と、UCLouvainの神経科学研究所の研究者でもあるヴァシリアディスは指摘します。
さらに、チームは異なる刺激パターンが脳機能を混乱させるだけでなく、強化する可能性も探っています。「最初のステップは80Hzが線条体に影響を与えるという仮説を証明することでしたが、その機能を混乱させることによってそれを実証しました。また、私たちの研究は、運動行動を改善し、学習能力が低下した高齢者の線条体活動を増加させる可能性も示しています」とヴァシリアディスは付け加えます。
訓練された神経学者であるフンメル博士は、この技術を脳刺激の新しい章の始まりと見なし、より侵襲的でない方法で個別化された治療を提供できると考えています。「私たちは、初期段階で深部脳刺激の実験と個別化治療を可能にする非侵襲的なアプローチを見ています」と彼は言います。tTISのもう一つの重要な利点は、副作用が最小限であることです。彼らの研究に参加したほとんどの参加者は、皮膚に軽い感覚を報告するだけであり、非常に耐えやすく患者に優しいアプローチとなっています。
フンメル博士とヴァシリアディスは、自分たちの研究がもたらす影響について楽観的です。彼らは、非侵襲的な神経調節療法が病院で広く利用できる未来を見据え、費用対効果が高く広範な治療範囲を提供できると考えています。
この研究は、外科手術なしで脳の深部を効果的に治療する新しい方法を提供する可能性があります。特に依存症やうつ病などの治療に対して大きな希望を与えます。今後の研究によって、この技術がどのように発展し、実際の医療現場でどのように活用されるかが期待されます。
画像：脳の線条体の図
