健康

超柔軟なプローブが脳活動をより正確に記録

シェアする 記事 この記事は、Attribution 4.0 International ライセンスの下で自由に共有できます。 研究者たちは、組織に損傷を与えることなく脳の活動を正確に記録できる超柔軟な脳プローブを開発した。 これにより、さまざまな神経疾患や神経精神疾患の治療に新たな道が開かれます。 脳ペースメーカーとしても知られる神経刺激装置は、特殊な電極を介して脳の特定の領域に電気刺激を送ります。現在、パーキンソン病や病的な筋肉のけいれんを患っている人を含め、世界中で約 20 万人がこの技術の恩恵を受けていると推定されています。 チューリッヒ工科大学の神経工学教授メフメット・ファティ・ヤニック氏によると、さらなる研究により潜在的な用途は大幅に拡大するだろう。電極は脳を刺激するためだけに使うのではなく、脳の活動を正確に記録し、神経疾患や精神疾患に関連する異常を分析するためにも使えるようになるという。 第二段階では、将来的には電気刺激を使用してこれらの異常や障害を治療することが考えられます。 この目的のために、ヤニック氏と彼のチームは、長期間にわたって脳の活動をより詳細かつ正確に記録できる新しいタイプの電極を開発しました。これらの電極は、ポリマーに封入された導電性金の極めて細く柔軟な繊維の束でできています。 ETH チューリッヒの研究者らが開発したプロセスのおかげで、これらの束を非常にゆっくりと脳に挿入することができるため、脳組織に検出可能な損傷を与えることはありません。 この点が、この新しい電極を競合技術と一線を画すものにしている。これらの技術のうち、おそらく最もよく知られているのは、イーロン・マスクの会社であるニューラリンクのものだ。ニューラリンクのものも含め、こうしたシステムはすべて、電極の幅がかなり広い。 「プローブが太ければ太いほど、たとえ柔軟性があっても、脳組織を損傷するリスクは高まります」とヤニック氏は説明する。「私たちの電極は非常に細いので、脳内の神経細胞から伸びる長い突起を通り抜けることができます。電極の太さは神経細胞突起自体と同じくらいしかありません。」 研究チームは、それぞれ 64 本の繊維でできた 4 つの束を使って、ラットの脳に新しい電極をテストしました。ヤニック氏の説明によると、原理的には、数百本の電極繊維を使って、さらに多くの脳細胞の活動を調査できるそうです。この研究では、電極は各ラットの頭に取り付けられた小さな記録装置に接続され、自由に動かせるようになっています。 実験では、研究チームはプローブが生体適合性があり、脳機能に影響を与えないことを確認できました。電極が神経細胞に非常に近いため、他の方法と比較して信号品質が非常に良好です。 同時に、このプローブは長期のモニタリング活動にも適しており、研究者は 10 か月の実験期間中ずっと、動物の脳内の同じ細胞からの信号を記録しました。検査の結果、この期間中に脳組織の損傷は発生しなかったことがわかりました。 さらなる利点は、束がさまざまな方向に分岐できるため、複数の脳領域に到達できることです。 研究では、研究者は新しい電極を使用して、数か月にわたってラットの脳のさまざまな領域の神経細胞の活動を追跡および分析しました。研究者は、さまざまな領域の神経細胞が「同時活性化」していることを突き止めることができました。科学者は、脳細胞のこの大規模で同期した相互作用が、複雑な情報の処理と記憶の形成に重要な役割を果たしていると考えています。 「この技術は、これらの機能や神経疾患や精神疾患におけるその障害を調査する基礎研究にとって大きな関心事です」とヤニック氏は説明する。 このグループは、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの研究者らと協力し、人間の脳内で新しい電極を診断に利用するテストを行っている。具体的には、このプロジェクトは薬物療法に反応しないてんかん患者を対象としている。このような場合、脳神経外科医は発作の原因となる脳の一部を切除することがある。このグループの手法を使って、組織を切除する前に脳の影響を受ける領域を正確に特定することが目的である。 新しい電極を使って人間の脳細胞を刺激する計画もある。 「これは、神経疾患や精神疾患を持つ人々にとってより効果的な治療法の開発に役立つ可能性がある」とヤニック氏は言う。 うつ病、統合失調症、強迫性障害などの疾患では、脳の特定の領域に障害があることが多く、情報の評価や意思決定に問題が生じます。新しい電極を使用すれば、脳内の神経ネットワークによって生成される病的な信号を事前に検出し、そのような疾患を軽減するように脳を刺激できる可能性があります。 ヤニック氏はまた、この技術によって脳損傷を負った人々のための脳・機械インターフェースが生まれるかもしれないと考えている。そのような場合、電極を使って彼らの意図を読み取り、それによって例えば義肢や音声出力システムを制御できるようになるかもしれない。 この研究は ネイチャーコミュニケーションズ。 この研究の資金の一部は、2018年にメフメット・ファティ・ヤニック氏に授与された欧州研究会議（ERC）の統合助成金と、スイス国立科学財団のSinergiaプログラムから提供された。…