TMS：脆弱X症候群と自閉症の可塑性のMechasnismを探検するシータバーストプロトコルを使用する

この手順の全体的な目的は、非侵襲的な経頭蓋磁気刺激を用いて、皮質運動可塑性と、それが典型的および非定型的な神経発達にどのように関連しているかを探究することです。まず、被験者の第一背側骨間筋におけるM1運動ホットスポットを特定し、安静時および活動時の運動閾値を決定します。次に、基底状態の皮質脊髄興奮性を測定します。

本手順の3番目のステップは、シータバースト刺激を適用することです。手順の最終ステップでは、その結果としての皮質脊髄路興奮性を評価します。最終的に、ベースラインと刺激後の興奮性の変動を通じて、神経発達症を有する被験者におけるシータバースト刺激が皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響の違いを示す結果を得ることができます。

本日は、シータバースト刺激と呼ばれる経頭蓋磁気刺激の一種について実演します。この手法は、可塑性のメカニズムが、特定の発達障害に特徴的な病理学的、神経学的、および行動学的表現型にどのように寄与しているかなど、臨床認知神経科学分野における重要な疑問を解明するのに役立ちます。このプロトコルを開始する前に、フレームレス定位装置を用いて被験者のMRI画像にアクセスしてください。

この解剖学的モデルは、頭部の特定の部位をマークし、毎回同じ部位に刺激が行われるようにするために使用します。シータバースト刺激を開始する前に、まず被験者の一次運動野の位置を特定する必要があります。まず、TMS装置に隣接した快適な椅子に被験者を座らせます。被験者をスクリーニングしてTMSの禁忌事項がないことを確認し、プロトコルの詳細について説明してください。

また、定位装置を用いて被験者の位置を登録し、TMSのセットアップに導入します。被験者がクリック音とタッピング感に慣れるよう、数回のパルスを照射します。次に、被験者に右手を提示してもらい、背側骨間筋に表面電極を貼付して、実験の準備を整えます。

電極を貼付する前に、適切に固定できるよう必ず皮膚を清浄にしてください。背側骨間筋の部位を特定するのが困難な場合は、被験者に指でつまむ動作をさせるか、人差し指を前後に動かすよう指示してください。これにより、筋肉をより容易に特定できるはずです。

TMSによって誘発される筋収縮を記録できるよう、右手の第一背側骨間筋の上にEMG表面電極を貼付します。また、被験者の前腕の肉厚な部分に接地電極を配置します。記録機器を確認し、すべての表面電極からノイズが少なく良好な信号が得られていることを確認してください。

被験者と技術者は、聴覚保護のため、この時点で耳栓を装着してください。これで、被験者の左一次運動野の手領域の位置を決定する準備が整いました。この領域は個人によってわずかに異なりますが、一般的に3.5 cm付近にあります。

頭頂頂点よりも吻側で、刺激強度を50%に設定します。コイルを少量ずつ移動させ、MEPが最大となる点を確認しながら、この領域周辺の小さなグリッドを探索し、運動ホットスポットを特定します。また、必要に応じて刺激強度および刺激角度を調整してください。

M1を特定したら、立体定位装置が利用可能な場合は、それを用いてその位置を必ずマークしてください。利用できない場合は、無害なグリスペンを使用して被験者の頭皮に一時的にマークを付けることができます。本プロトコルの次のステップは、被験者の安静時運動閾値を決定することです。

必要に応じてシステムを50%出力に再調整し、同一部位への単一パルス刺激を開始しながら、得られた運動誘発電位（MEP）を測定します。10回の連続パルスのうち、正確に5回で50 microvolts以上のMEPが誘発されるまで、出力を上げ下げして調整します。この出力レベルを被験者の安静時運動閾値として記録します。

次に、被験者に右の人差し指と親指で約20%の圧力をかけて軽くつまませ、そのまま保持するように指示します。このつまみ動作の状態で、同一のM1部位に50%の出力で単一パルス刺激を開始します。得られたMEPを測定し、記録してください。

次に、10回連続したパルスのうちちょうど5回で200 µVを超えるMEPが誘発されるまで、出力を上げてまたは下げて調整します。この出力レベルが被験者の活動性運動閾値となります。

最後に、安静時運動閾値の120%で運動ホットスポットを刺激し、10回の単発パルスでMEPを測定して、被験者のベースラインMEPを決定します。各パルスの後、10回ずつのパルスを3セット行い、そのMEP値の平均を算出します。これで被験者の閾値レベルが決定したため、刺激のためのシステム設定が可能です。

皮質活動を促進させることが示されている間欠的TBSを投与するため、50 Hzで3パルス、強度は活動性運動閾値の80%、間隔を200 msとする標準的なシータバーストパラメータを利用します。前述のパラメータで2秒間の刺激トレインを生成し、続いて8秒間の無刺激時間を設けます。これを190秒間繰り返し、合計600パルスを投与することで、皮質活動を抑制させることが示されている連続的シータバーストを行います。

前述のパラメータで、47秒間（合計600パルスに相当）の連続刺激trainを発生させます。プロトコルの残りの工程は中断なしに完了させる必要があるため、被験者が快適で準備ができているか確認してください。被験者には、静止してリラックスした状態でいるよう伝えます。

あらかじめ特定したM1運動ホットスポットの上にコイルを配置し、ITBSまたはCTBSのいずれかを施行します。ここではCTBSを施行しています。刺激の間、コイルが正しい位置に保持されていることを確認してください。

θバースト刺激の後、TMSの一時的な効果を評価するため、直ちに刺激後の運動誘発電位の測定を開始します。その手順は以下の通りです。

まず、TMS装置を静止時運動閾値の120%で単一パルスを照射するように設定します。次に、再びコイルを被験者の同じ運動ホットスポットに配置し、TBSで刺激したのと全く同じ位置にあることを確認します。前のステップで使用した電極セットアップを用いて10回の単一パルス刺激を行い、得られた10回分のMEPレベルを測定して記録します。

これらのME Pを平均し、この時点での結果として記録します。次に、設定したパラメータを用いて、TBS後の11の時点（5分、10分、20分、30分、40分、50分、60分、75分、90分、105分、そして最後に刺激後120分）で刺激を行います。各時点で新たに10パルスのバッチ記録を行い、その平均値を測定し収集します。完了後、表面電極を取り外し、被験者に耳栓を外して起立させます。

被験者に、実験に参加してくれたことへの感謝を伝えてください。また、他のTBSパラメータを検討するため、後日のTMSセッションに再度参加してもらうよう被験者に依頼してください。TMSセッションの結果は、使用したTBSパターンによって異なります。

ここでは、間欠的シータバースト刺激パターンを用いたある群の代表的な結果を示します。ここに見られるように、被験者の自然な可塑性状態を反映して、持続時間に伴いMEP値の上昇が認められるはずです。同様に、連続的シータバースト刺激パターンを用いた場合は、この手順の後に被験者の自然な可塑性状態を反映して、持続時間に伴いMEP値の低下が認められるはずです。

異常な可塑性がどのように現れ、どのように治療できるかといった追加の疑問に答えるために、行動課題、薬理学的介入、あるいは追加の刺激パラダイムなどの他の手順を実施することができます。