経頭蓋磁気刺激における太毛の扱い方に関する研究 : 脳刺激における潜在的バイアスへの対処法

神経科学研究は、その性質上、脳機能、神経障害、精神疾患を理解するためのパラダイムシフトとイノベーションを伴います¹。多くの進歩にもかかわらず、神経科学の分野はいくつかの面で不十分です。例えば、研究者の数だけでなく、研究における被験者や患者の代表性にも人種的な格差が存在します。マイノリティグループの多くの過小評価された人々が実験や臨床研究に欠席しています²。2019年9月から10月にかけての頭皮ベースの脳波に関する査読付き論文81件のうち、マイノリティの個人を含むサンプルがあることを具体的に示したのは5件のみでした。さらに、最近の研究では、過小評価されているマイノリティグループの個人がしばしば誤診されたり、研究者を信頼できなくなったりしていることが示されました。Assariらは、医療コミュニティ、特に白人の医学生と研修医の半数が、アフリカ系アメリカ人は白人よりも皮膚が厚いと信じており、それが彼らの医学的判断と治療戦略に影響を与えていることを発見しました^3,4。マイノリティの参加者からのデータがないため、研究結果は一般化できず、マイノリティの人口に格差があることを示しています。治験集団が医薬品または医薬品を使用する患者を代表し、結果が一般化可能であることを確認するために、臨床試験には多様な参加者グループを含める必要があります⁵。

頭皮に基づく神経科学にとって興味深いのは、過小評価されているマイノリティの髪によく見られる独特の形状、厚さ、スタイリング、密度です。例えば、毛包の形は、アフリカの髪を際立たせる特徴の一つです。アフリカの髪は、より小さく、より楕円形で、平らな毛包から来ていますが、白人とアジアの毛包はより円形で大きいです⁶。マイノリティが髪を洗うと髪がカールしてしまい、研究者の実験が難しくなります。マイノリティグループは、頭皮ベースのイメージングを受ける前に、ヘアケア製品を使用して髪を洗ってまっすぐにすることを勧められることがありますが、そうするとデータの精度に影響を与える可能性があります。マイノリティグループの参加者がボランティアをする人が少なく、マイノリティグループのデータが品質が低いために破棄される可能性があるため、データが歪んでいます。さらに、彼らの典型的なヘアスタイル(コーンロウや三つ編みなど)のために、マイノリティ化された個人は、採用して維持するのが難しいと認識されることがあります²。Rosenらは、過小評価されたマイノリティの個人が着用するスタイルであるドレッドヘアを着用し、自発的な発話で流暢さを示さなかったアフリカ系の男性を研究しました⁷。彼は、頭皮ベースの画像診断による治療を受けたいと考えていました。なぜなら、その有効性に関する新たな証拠があり、忍容性も高いからです。

頭皮をベースとしたイメージング技術として広く用いられているのが、経頭蓋磁気刺激法(TMS)です。TMSは、脳活動の局所的な増加を誘発するために非侵襲的な方法で使用される表面ベースのイメージング技術です。ヒトの脳におけるニューロン活動を制御する能力により、TMSは実験的神経科学と治療的神経科学の両方にとって重要なツールとなっている⁸。標準的な安全上の推奨事項を設定するために、運動閾値(MT)のパーセンテージとして表される場合、TMS強度は、任意のコイル形状または種類の^{刺激装置9}で使用できる、適用された刺激の一般化可能な指標を提供する。MTの決定に使用される運動誘発電位(MEP)は、皮質興奮性の尺度にもなり得、これはヒトの運動皮質10,11,12,1,3,14,15,16上のTMSによって誘発されます。TMSは運動皮質に送達され、反対側の領域で活性化を引き起こします。通常、刺激ターゲットは運動皮質で見つけるのが難しくなく、電極を取り付けたり、手や指の反応を視覚的に監視したりするのも簡単であるため、手の領域がターゲットになります。モーター出力を制御するメカニズムは、MEPを使用してより完全に理解できます。MEPはMTの個人差を測定するために使用されるため、現在では実質的にすべてのTMSアプリケーションの一部となっています。一般的に、MTの一部の側面を測定せずにTMSを活用することは危険です。TMSが適切なMTを超えて送達されると、発作を引き起こす可能性があります。TMSがMT未満で送達されると、結果が減少するか、または存在しない可能性があります(つまり、標的ニューロンが脱分極しない可能性があります)。また、正確なMTレポート作成は、研究の比較にも重要です。例えば、私たちの研究室の多くの研究では90%の値を使用しており、110%を適用するとより大きな効果が得られる可能性があることを他の研究者に伝えています。

Stokesらは、標的領域と刺激コイルとの間の異なる距離を調べ、その後、距離と個人のMT ^8,17との間に直接的な線形関係があることを発見しました。したがって、マイノリティグループ、つまり太い天然毛の一部のグループは、MT/MEP測定の精度が低い可能性があります。出版された著者のTMSコミュニティを対象とした調査では、「髪の毛はインピーダンスに関与していますか?」などの自由回答形式の質問をしたところ、その分野の専門家が次のように答えたことがわかりました。髪を脇に動かしたり、圧縮したり、など。私たちはその接触を埋めるためにゲルを使用しようとしますが、できることは多くありません。」「髪の毛が厚いと、接触も難しくなります。上記と同じ」;「髪の毛が多いと刺激が難しくなります。特に、コイル¹⁸との頭皮の良好な接触を妨げる場合。髪の毛が密集していると、TMSコイルと頭皮との接触が難しくなり、接触が最小限に抑えられ、信号が妨げられます。これまでの研究では、太くて粗い髪を三つ編みにすると、頭皮ベースのイメージングのインピーダンスが低下することが示されています⁶。Etienneらは、粗い髪または巻き毛の特性を利用して、参加者の髪をコーンロウに編むと、EEGを使用するときに信号の完全性が維持されることを発見しました。

私たちは、過小評価されているマイノリティの髪を管理するためのソリューションを提供するために、Sol「Sun」メソッドを導入しています。彼らの髪の毛の太さと粗さから、過小評価されているマイノリティに一般的に見られる髪の毛は、髪の毛を保護し(つまり、剃らない)、長期的な測定を可能にするため、この手順によりよく反応すると予測しました。これらの方法は、教えたり、学んだり、実行したりするのが簡単です。追加の機器は必要ありません。安全上のリスクを増大させないでください。参加者の自然な髪を尊重し、尊重します。また、以前は頭皮ベースの技術に落胆していた可能性のある参加者(および研究者)の誇りを促進します。

ここで紹介する研究は、2001年に開始され、2023年まで毎年更新されるモントクレア州立大学の治験審査委員会(IRB)委員会によって承認されました。すべての参加者は、アメリカ心理学会の倫理ガイドラインの範囲内で治療されました。一般的な安全手順が守られました。たとえば、モントクレア州立大学の一般集団から、チラシや口コミを使用して9人の成人を募集しました。すべての被験者は、Wasserman¹⁹ によって定められた TMS ガイドラインを使用して直接スクリーニングされました。参加者には、研究への登録に対して25ドルが補償され、すべての被験者は、地元の治験審査委員会(IRB)が定めた基準内で、ヘルシンキ宣言に従って治療されました。書面によるインフォームド コンセントは、すべての参加者と、ヒスパニック系またはアフリカ系アメリカ人であると特定されたすべての被験者から得られました。

1. 背景と10/20転送

注:TMSの場合、追加の機器は必要ありません(つまり、ラボはこれらすべての消耗品を簡単に持っている必要があります)。

1. 参加者
   1. 手続きを開始する前に、必ずIRB委員会の審査を受けてください。これが初期プロトコルである場合は、経験豊富な研究者に相談し、同意書、スクリーニング(図1)、副作用(図2)などのすべてのフォームを準備し、それらのプレゼンテーションを練習してください。
      注:フォームは、安全性に関する参加者への直接のインタビューを補足するものであり、代替するものではありません。
   2. すべてのチームメンバーがそれぞれの役割についてトレーニングを受けていることを確認します。
      注:トレーニングコースが利用可能であり、ほとんどすべてのTMSラボが最高の安全慣行を自由に共有しています。
   3. ソーシャルメディアやチラシを通じて参加者を募集します。
      注:採用には、金銭的なインセンティブとリスクの簡単な説明があります。
   4. 登録前に スクリーニングチェックリスト を管理します(図1)。
   5. すべての参加者に参加に対して支払い (この研究では 25 ドル) し、内部審査委員会と米国心理学会のガイドラインに従って治療します。
2. 教育機関に適したパラメータを使用してTMSを実行します(ディスカッションを参照)。
3. 参加者の安全性と快適性は重要であるため、手順全体を通して口頭と視覚の両方で参加者に質問し、監視します。緊張感は、よくあることであり、場合によってはより困難な結果につながることもありますので、必ず探してください。

2.TMS機器の取り扱い

1. この実験に使用した70mmの8の字コイルが危険な温度/遮断温度に達しないようにしてください。バックアップコイルは、交換用として必要な場合に備えて準備しておいてください。
2. 目視検査(5/10誘発外転筋ポリシス・ブレビス)または筋電図(EMG)を使用して、運動閾値を決定します。

3.編んでいない髪の運動閾値

1. 領域CZのnasion/inionラインと消去可能なマジックマーカーを使用して撮影された中点をマークします。耳たぶまたは耳介前のポイントを測定し、それらのポイントにも印を付けます。
2. 右半球の線を使用して、3分の1下(背側から腹側まで)に移動し、Abductor Pollicis Brevis(APB)の活性化に最適な位置を見つけます。コイルトリガーとフットスイッチを介してTMSデバイスをトリガーし、機械の前面から安全を解除します。
3. TMSコイルの向きを45°にして、すべての検索とTMS配送を行います。
4. マシンの前面にあるダイヤルを使用して、マシン全体の出力の30%で刺激出力を開始し、動きが認められるまで2%刻みで増加させます。コイルの動きと刺激強度の間の慎重な相互作用により、刺激強度が増すにつれて位置を移動するようにしてください。
5. 最大のAPB応答を提供するサイトが特定されたら、MTを決定します。
6. MT測定を開始する前に正確な配置を容易にするために、スイムキャップのコイル先端位置に印を付け、マジックマーカーを使用してコイルの前部全体をトレースします。
7. 目視検査方法では、ダイヤルを使用してマシンの強度広告増加の20%から開始し、約20パルスを配信して、5/10(50%)のAPB応答をもたらす刺激レベルを特定します。指の動きの増減に基づいてダイヤルを動かします。5/10の回答が得られたら、マシンに表示される強度を個人のMTとして記録します。
8. (好ましい)MEP法は、APBと親指の腱とアース(手首の裏側)に使い捨て電極を配置し、目視検査ではなく、記録部で陽性のMEPが観察されることを確認します。
   1. 正の MEP 応答を、ピーク ツー ピーク振幅が ≥50 μV の MEP として定義します。
   2. 目視検査と同様に、5/10の陽性MEPが観察されるまで刺激します。MEPが50 μVより大きいことを確認します。MEPの50%が50 μVを超えている(および50%を下回っている)ときにMTを記録します。

4.ソル

1. さまざまなブラシ、コーム、ペイントを使用して練習し、研究者はさまざまな道具について異なる感じ方をします。
   注:テクニックを完成させるまでの時間の長さは、経験によって異なります。参加者の髪の毛²⁰を文書化することは必須ではないが、ここにそれらを含める(図3)。
2. 三つ編みの基準に関して一貫性を持たせてください。TMSの前にどの個人を編むべきかについての普遍的な基準はありません。ただし、研究や臨床応用の前に、髪の質感などの決定要因を使用する意図を必ず述べてください。
3. 参加者に方法を説明し、同意する際に写真を使用します。参加者を評価することを優先すべきであるため、画像を使用し、技術の一部として編み込みを説明してください。
   注:潜在的な誘因(すなわち、補償)の1つは、実験後に頭全体を編むことを含めることです。
4. 編み込みを始める前に、ターゲットポイントを知ってください。
5. 10/20座標(モーター関連のターゲットポイント)を頭皮に転送して、ターゲットの編み込みポイントを提供します。標準的なERP/EEGキャップでこれを実現するには、一般的なゲルシリンジと鈍い針に1〜5mmのグリーン蛍光塗料(GFP)をロードします。キャップを取り付け、目的のポイントに、ゲルを塗布するようにシリンジを挿入し、GFPを~0.05mm軽くたたきます(図4A-E)。
   注意: GFPの量は、マーキングが必要な電極の数によって異なります。
6. ポイントを少なくとも2分間乾かします。
7. 頭のマークされたポイントから始めて、髪を引き離します。マークの周りに透明な皮膚のパッチが見られることを確認してください。指やピックで髪の毛の部分をきれいにしてみてください。
8. 開始する前に、まず視覚化します。6〜8個のコーンロウを、ターゲットポイントを真ん中にして漫画の太陽のように見えるようにするには、時計の文字盤を考えながら、各三つ編みを作ります:最初に6時、次に12時、次に8時と10時のコーンロウ。コーンローイング2時と4時で終了します。これにより、6つのコーンロウになります。
9. 8つのコーンローが必要な場合は、6時と12時から始めます。次に、コーンロー9時、7時から8時の間、10時から11時の間。欠落しているすべての行でファイナライズします。
   注:コーンローイングとブレイドの主な違いは、最初の「塊」に髪の毛を追加し続けることです。三つ編みを頭皮に「接着」することで、脳の高さとぎこちなさを軽減します。コーンローイングを始める前に、これを視覚化してください。
10. 最初のコンローを開始するには、マークされたポイントの任意の側から、小さなセクションを分割します。コーンローに必要な髪の毛の1/8または1/6になる髪の毛の量を見積もってみてください。これは、操作が簡単な少量 (最初の凝集体) にする必要があります。
11. 両手を使って、この最初の塊を 3 つのセクションに分割します。髪の毛の量に関してセクションを等しくします。
12. 左の部分を左手に、右の部分を右の手で、どちらか、一方、または両方の人差し指で中央の部分を押し続けます。
13. 正しく行われると、右側のセクションが中央になり、中央のセクション だった ものが右側になります。
14. 左端のセクションを取り、持ち上げます。中央と右のセクションの間に置きます。正しく行った場合、このセクションは中央にあり、中央に あった セクションは左側にあります。
15. 次に、右側のセクションを取り、手順2.6を繰り返しながら、ピースの下にある頭皮から新しい追加の髪を追加します。
    注:髪を追加すると、スイープモーションのように感じられます。これが、三つ編みではなくコーンロウを作るものです。
16. 一度に1つずつつかみ続けながら、セクションを下る髪を追加します。
17. その髪の塊が終わるまでコーンローイングを続けます。
18. これを6〜8倍にして、「太陽」の形を作ります。

5.編みこみの髪のモーターしきい値

1. 今すぐTMSを適用してください。最大刺激点のコイル表面が皮膚と同じ高さになっていることを確認します。
2. コイルホルダー、取り付けシステム、または手で、TMSの基準に従ってコイルのプラスチックで皮膚にしっかりと押し付けます。
   注意: これらの方法は、70 mmの8の字コイルに適しています。
3. 電極と目視検査を使用してMEPを測定します。ターゲットを絞った指は目に見えて動くはずです。
4. 同様の方法で、追加のターゲット領域(例:左背側外側前頭前皮質)をコーンローします。
   注:複数の訓練を受けたブレイダーを使用して、複数のサイトを同時に準備できます。

70mmの8の字型コイルを備えたTMSシングルパルスデバイスをすべての刺激セッションに使用しました。MEPは、ローカルコンピュータにインストールされた標準のアンプとソフトウェアを使用して取得しました。すべてのMEPは、Abductor Pollicis Brevis筋(APB)を標的とする3つの電極を取り付けることによって得られました。検証された主な仮説は、ソル法は編んでいない髪と比較してより大きな振幅とAUCを生成するというものでした。これを行うために、別々の2 x 9(事前/事後x被験者)テストを使用してANOVAを使用しました。編組後は、編組なしの場合と比較して、振幅とAUCが大きくなると予測しました。また、各参加者の30件の試験にわたるばらつきを調べ、Sol法がばらつきを減少させると予測した。

最初に、TMSトリガー後100ミリ秒で1,000Hzでサンプリングする30のTMSパルスに対して、Pre/PostとSubjectを要因として使用して、2 x 9反復測定ANOVAを実行しました。サンプルは小さいため、これらの結果の解釈には注意が必要であることに注意してください。Kolgoromov-Smirnov検定を使用して、データが正規分布していることがわかりました(すべてのpが.05>)。ピーク振幅については、全体的な交互作用がないことがわかりました(F(8,232)= 1.82、p = 0.08)。次に、Pre/Postの主効果を調べたところ、有意差(F(1,29)= 8.70、p = 0.006)があり、Post振幅がPreよりも116.99%高いことがわかりました。被験者は有意であったが(F(8,232) = 2.41, p = 0.016)、我々は三つ編みが違いを生む被験者の数に興味を持っていた。振幅は7/9被験者で増加し、3被験者では、前後差が有意であることがわかりました(t(8)、被験者あたりのp= 0.01、0.01、0.02、0.12、0.55、0.60、0.71、0.76、0.81; 図 5)。

AUCについても同様の2 x 9のANOVAを実行しました(図5)。交互作用はありませんでした(F(8,232)= 1.30、p = 0.24)。有意な前後差がありました(F(1,29)= 7.39、p = 0.01)。ポストAUCは、プレAUCよりも108.12%大きかった。また、被験者の有意差もありました(F(8,232)= 2.47、p = 0.01)。7/9ではAUCが増加し、2ではPre/Post差が有意であった(t(8)、被験者1人当たりのp=0.01、0.04、0.10、0.11、0.48、0.71、0.86、0.87、0.96)。

振幅の変動性を分析すると、有意でない交互作用があることがわかりました(F(8,232)= 1.41、p = 0.19; 図 5)。Pre/Postスコアを見ると、ばらつきが少ない傾向がありました(F(1,29)= 2.81、p = 0.10)。編組後、ばらつきは10.36%減少しました。被験者(F(8,232)=1.26、p=.27)には有意な影響はありませんでした。AUCのばらつきを解析したところ、有意な交互作用は認められませんでした(F(8,232)=1.28,p=0.25)。事前/事後(F(1,29)= 0.98、p = 0.33)および被験者(F(8,232)= 1.06、p = 0.39)も有意ではなかった。これらのデータは、いくつかの重要な発見と傾向を示しています。振幅とAUCの増加は、モーター閾値(つまり、MEPを誘発するために必要なTMSのレベル)が適切な編組によって減少する可能性が高いことを示しています。コーンローイングは、ばらつきが減少したため、信頼性も向上しました(ただし、それほど大きくはありません)。最後に、信号強度が増加するため、臨床応用がより効果的になる可能性がありますが、この主張は非常に推測的です。

図1: スクリーニング。 患者の安全を確保するために使用される典型的なスクリーニング。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:副作用。 TMSの前後の潜在的な問題を監視します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:曲線の違いの比較。 左のサンプルは、より広い曲線(より長い直径)を表しています。これにより、全体的な髪の密度が低下します。右側では、「タイト」です。カーブは、全体的に髪の毛が太くなる傾向があります。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:Sol法(A)管理可能なストランドを目標点から引き離す。(B-D)プログレッシブコーンローイングは、明確なパターンが現れるように提示されます。より良い運動誘発電位と(E)空いたターゲットを達成するためには、髪の毛が頭皮(コーンロウ)で平らになるように三つ編みにすることが重要です。ヘアの任意の側のマーク ポイントから始めて、ヘアの塊を分離します。その部分を使用して、髪を垂直にさらに3回「塊」に分け、コーンローを開始します。コーンローするには、左の髪の部分を左手、右の部分を右手に置きます。中央部を頭皮に平らに置きますが、片手または両手の人差し指を使用して、中央部を押し下げます。右側の部分の髪の毛をつかんで中央の部分を越え、中央と左の部分の間に置きます。次に、左側のセクションで同じことを行い、中央のセクションを超えます。髪の毛の一部を一度に1つずつつかみ続け、中央のセクションを越えます。その際、頭皮を下る部分の横の髪の毛も追加します。髪の毛の部分が完成するまでこれを続け、髪が頭皮に付着することを確認します。髪の毛の部分を分けてコーンローイングするのと同じ方法を続け、「太陽」が作成されるまで、マークされた髪のポイントを回します。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:振幅、曲線下面積、および3つのサンプルのモーター前後の誘発電位。 9人の参加者全員のデータは、Sol法による編組の前と後で提示されます。M1に送達された30個のTMSパルスを示しています。Pre/Postを結ぶ線は、各サンプルの平均です。略語:TMS = 経頭蓋磁気シミュレーション。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:MEPのサンプル。 編組後、MEPは一貫性と堅牢性を備えている必要があります。 略語:MEPs = モーター誘発電位。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

著者は、宣言する利益相反を持っていません。