新しい超音波装置は複数の脳ネットワークを刺激できる

新しい超音波技術により、研究者は脳内の複数の場所を同時に刺激できるようになりました。

これにより、将来的にはアルツハイマー病、パーキンソン病、うつ病などの重篤な脳疾患を治療するための新たな可能性が開かれます。

の 初めて撮られた人物の写真 最近では子宮内の超音波スキャンが一般的です。しかし、このテクノロジーはそれ以上のことを可能にします。理学療法士は長年にわたって超音波を使用して体組織を加熱しており、腫瘍外科医は高強度の超音波と体内で発生する熱を使用して腫瘍を破壊してきました。

過去 10 年間、科学者たちは、低強度の超音波を使用して、標的を絞った方法で脳の神経活動に影響を与える方法についても研究してきました。すでに初期の臨床試験では、この「神経調節」がアルツハイマー病やてんかんの症状、あるいは震え患者の震えを軽減するのに役立つかどうかを検証しようとしている。

今回、チューリッヒ工科大学、チューリッヒ大学、ニューヨーク大学の研究者らは、脳における超音波刺激技術の改良に成功した。

研究で実証されているように、科学者たちは、脳内の正確に定義された3つまたは最大5つのポイントを同時に刺激できる装置を初めて開発した。これまでは、これはある程度までしか可能でなく、精度もかなり低くなっていました。

「脳がネットワーク内で機能していることを考えると、複数の点を同時に刺激すると、脳のネットワークを活性化または抑制することが容易になります」とチューリッヒ工科大学およびチューリッヒ大学のダニエル・ラザンスキー教授は説明します。ラザンスキー氏はニューヨーク大学の同僚とともに研究を主導した。

この方法では、デバイスを頭の上に置くことによって、頭蓋骨を通して神経調節が実行されます。これは非侵襲的技術です。つまり、開頭術やその他の外科的介入は必要ありません。

研究者らは実験室でマウスに神経調節を行った。このために、研究者らは、研究者が開発した数百の超音波トランスデューサーを備えたフードの中央にマウスの頭を配置しました。

高度な刺激電子機器の助けを借りて、これらのトランスデューサーは、超音波が脳内で互いに干渉するような方法で短い超音波パルスを生成します。この原理は、光波間の相互作用によって生成される見かけ上 3 次元の画像であるホログラムに似ています。チューリッヒとニューヨークの研究者らが開発した新しい方法では、多数の超音波を重ね合わせることで個々の焦点が生成される。

複数の場所で脳ネットワークを同時に調整することで、研究者は単一スポット刺激と比較して、より低い超音波強度で作業を行うことができます。

「超音波の強度が弱いほど、このプロセスは脳にとってより安全になります」とラザンスキー氏は説明します。

超音波神経調節への以前のアプローチは、しばしば全か無かの効果に悩まされました。超音波が弱すぎると効果がありませんが、強度が高すぎると脳全体の興奮が制御されなくなり、脳損傷のリスクが生じます。さらに、強力な超音波は脳や頭蓋骨に血管損傷やその他の望ましくない過熱効果を引き起こす可能性があります。

低強度の集束超音波パルスは、焦点領域の短時間の温度上昇など、短期的な影響を及ぼします。さらに、それらはニューロンの表面に存在し、細胞の内外へのイオンの輸送を制御するチャネルタンパク質にも影響を与えると考えられています。どのメカニズムがニューロンの活性化と抑制に寄与するのか、そしてどの程度寄与するのかは、研究者がまだ詳細に調査する必要がある。

この新しい手法は、脳のネットワークを活性化するだけでなく、この活性化をイメージングによって同時に視覚化することもできるため、研究者はどのネットワークが活性化されているかをすぐに確認できます。

研究者らが雑誌に発表した最新の研究 自然生物医工学、技術の開発に役立ち、医療への応用を目的としたものではありませんでした。

この研究とニューヨーク大学の研究者との共同研究は、主に米国国立衛生研究所の資金提供を受けて行われました。この機関は現在政治的圧力を受けており、国際的な研究パートナーへの資金提供を行っていないため、研究者が同じ枠組み内で協力を継続することは現時点では不可能であるとラザンスキー氏は説明する。しかし、彼は他の資金源を使って最大限の努力を続けたいと考えています。

次に、研究者らは応用に焦点を当て、脳疾患のさまざまな動物モデルでこの技術をテストしたいと考えている。アルツハイマー病、振戦、てんかんに加えて、他の潜在的な医療用途には、うつ病、パーキンソン病、脳卒中回復治療などがあります。

「私たちは研究のために動物に依存しています」とラザンスキー氏は言います。 「これほど早い段階で人間のこうした進展を研究することは不可能でしょう。私たちはまず介入を制御する方法を学び、それが脳疾患の治療において安全で効果的であることを保証する必要があります。」

Razansky のグループは、超音波および光学イメージング技術、特にシステム エンジニアリングの側面、実験方法、およびデータ分析の開発を専門としています。ニューヨークから来た同僚たちは、神経科学の分野で専門知識を提供してくれました。この装置の開発と実験はチューリッヒで行われました。

ソース： チューリッヒ大学