脳内ノルアドレナリンシステムの解明に先駆的な新手法を用いる-「ヒトの脳回路の機能解明へのマイルストーン」となる研究成果 専門家コメント

「私たちのグループは、意識的な人間からボルタンメトリーによって記録された最初の『高速』神経化学を記述しています」と、バージニア工科大学のVTC Vernon Mountcastle研究教授であり、Fralin Biomedical Research Institute at VTCの人間神経科学研究センターおよび人間神経画像化研究所の所長であるリード・モンタギュ博士（Read Montague PhD）は述べています。「これは大きな一歩であり、方法論的アプローチは完全に人間で実施されました - 11年以上の徹底的な開発を経て。」

方法について

ボルタンメトリー技術は、約30年前から、ネズミや他の実験モデルで脳機能に関する深い洞察をもたらすために使用されてきましたが、脳に電極を挿入する必要があるため、人間での使用は明確な方法がありませんでした。

「その代わりに、医療手続きで患者に既に使用されているものに焦点を当てました」と、バージニア工科大学カリオン医学校の物理学部門および精神医学・行動医学部門の教授でもあるモンタギュ博士は述べています。「外科医がいつ人の脳にワイヤーを入れているのか？そして、その上で方法を設計することができるか？」

チームの初期のアプローチでは、パーキンソン病や他の障害に対する深部脳刺激手術を受けている患者に、Fralin Biomedical Research Instituteで設計された専用のカーボンファイバー電極を挿入する必要がありました。

研究チームは現在、既に配置され、標準的な臨床使用にある電極で電気化学を行うことができることを実証し、これまで見たことのない脳活動への窓を開きました。

ノルアドレナリン系について

電極は扁桃体にあり、この脳領域は感情処理と深く結びついており、NA信号の影響を大きく受けています。

NAシステムは中脳の小さな核である節後脳（LC）に起源を持ち、ADHD、うつ病、不安症などの状態に対処するための薬の開発に長い間焦点を当ててきました。

「LC-NAシステムは覚醒と注意を調節すると考えられていますが、人間での直接記録が欠如しているため、健康と疾患におけるその役割の理解が妨げられてきました」と、オーフス大学の臨床医学准教授でありLundbeck Foundation Fellowであるダン・バング博士（Dan Bang PhD）は述べています。「私たちはこの問題に取り組みました。」

研究では、3人の患者が国際感情画像データベースからの中立的なチェッカーボードのイメージと感情的に充電されたイメージを見て、NAシステムがさまざまな感情状態にどのように反応するかについての光を当てました。

予想通り、NAレベルは感情の強度、特に予期せぬイメージに遭遇したときに相関しており、ADHDのような状態におけるNAシステムの重要性を強調しています。

「これは、人間の脳活動を理解するための努力において、画期的な技術的進歩を表す画期的な作業です」と、研究に関与していないロードアイランド病院の機能的およびてんかん神経外科部門長であり、ブラウン大学の神経外科部門の研究副部長であるワエル・アサード博士（Wael Asaad MD, PhD）は述べています。

「長年にわたり、様々な設定で人間の脳の電気活動を記録することが可能でしたが、これは半分の物語に過ぎません。それらのニューロンが実時間で、短時間スケールでどのように神経伝達物質と通信するかを研究することは、一般的にはるかに困難でした」とアサード博士は述べています。「この研究の科学的価値に加えて、それが示す技術は、広範囲の研究にとって非常に価値があります。これは、人間の脳回路の機能を理解するための努力における画期的なものです。」

チームについて

以前の研究では、このグループは2011年の画期的な研究で、意識のある人間の主題で脳内の化学物質のサブ秒変動を初めて観察しました。その後、科学者たちは、深部脳刺激手術中に挿入され特別に設計された電極を用いて、2016年、2018年、2020年の一連の論文で、人間の意思決定と感覚処理をドーパミンとセロトニンが共同で支えていることを発見した。

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