結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波
2018年8月17日
ここで提示されたプロトコルは、皮質内興奮性再テスト設計パラダイムを利用した TMS 脳波研究です。プロトコルの目的は、神経生理学的にうつ病などの脳神経疾患の治療における治療的介入に関連する機能を評価するための信頼性が高く、再現性のある皮質興奮性対策を生成することです。
この方法は、治療介入に対する反応の予測因子として役立つ可能性のある神経生理学的シグナルを決定することにより、神経学、臨床神経生理学、および精神医学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。適切に実施されれば、この技術は、これらの治療的介入による皮質興奮性の変化を確実かつ再現性よく監視できます。その手順を実演するのは、当研究室の研究アナリストであるStacey Shimです。
まず、参加者の頭にぴったりとフィットするキャップを選びます。Cz電極を、ナシアンとイニアンを結ぶ線の中間の頂点に配置します。すべての電極が頭皮にしっかりと接触し、機能していることを確認します。
次に、シリンジの先端が鈍くなっているのを調整し、導電性ゲルを充填します。先端を電極穴の内側に置き、皮膚にペーストが付くまでプランジャーを軽く押します。次に、鈍い先端で頭皮をこすり、糊が上部からこぼれないようにして、ブリッジを防ぎます。
最初に接地電極と参照電極を準備します。すべての電極のインピーダンスが5キロオーム未満であることを確認してください。電極の準備は、記録された脳信号の品質を決定し、その研究に不可欠なノイズと脳信号の両方を除去する可能性のある信号処理方法の必要性を最小限に抑えます。
次に、腹部と腱のモンタージュのために、右外転筋またはAPBの上に直径約30ミリメートルの2つの使い捨てEMGディスク電極を配置します。また、接地電極はメーカーのガイドラインに従って配置してください。電極をEMGに接続します amplifier。
まず、T1 強調 MRI をナビゲーション システムに読み込み、登録する基本ポイントを選択します。背外側前頭前皮質のMNI座標またはTalairach座標のいずれかを使用します。次に、ヘッドトラッカーを刺激セッション中に動かないように配置し、TMSコイルが自由に動くようにします。
次に、参加者に耳栓を装着してもらい、参加者の頭を3D MRIモデルに合わせます。これを行うには、MRIで選択された基点でデジタイジングペンで参加者の頭に触れます。次に、参加者の頭にデジタイジングペンを置き、コンピューター上の表現を確認して、登録を検証します。
必要に応じて、トラッカーをコイルに取り付けてTMSコイルを校正します。次に、TMSパルス中の電極上のコイル振動を最小限に抑えるために、コイルの下にポリウレタンスポンジを置きます。コイルをキャリブレーションブロックに配置して、すべてのトラッカーがカメラから見えるようにします。
次に、コンピューター画面のキャリブレーションボタンを押して、コイルをキャリブレーション位置に5秒間保持します。この時点で、参加者に休息し、リラックスした背中、手、脚で快適に過ごすように指示します。次に、ホットスポットを見つけるには、まず、APBと一次運動皮質の皮質表現の最初のランドマークとして運動ノブをターゲットにし、対応する筋肉の動きがあるまでコイルを動かします。
APBに対して約500マイクロボルトの運動誘発閾値またはMEPを誘発するTMS強度を使用します。コイルの角度と傾きを変更してコイルの向きを最適化し、ホットスポットで最大の応答を呼び起こします。このコイルの位置をニューロナビゲーターソフトウェアに保存し、出力強度を2〜3%刻みで下げてから、10パルスを与え、50マイクロボルトを超える10のMEP応答のうち5つ以上が得られた場合は、強度を下げ続けます。
10回のうち5回未満の応答が誘発された場合、1〜2%のステップで強度を上げ始めるモーター閾値は、50マイクロボルトを超えるMEPを生成する強度として表されます10回のうち5回。運動閾値の間刺激間隔ISIは、1秒より長く、通常は3〜5秒である必要があります。次に、運動閾値の 120% から強度を調整して、500 マイクロボルトから 1500 マイクロボルトの一次運動皮質で MEP を生成します。
この出力で10パルスを記録し、強度を1〜2%刻みで増減します平均1マイクロボルトに達するまで。コイル強度の調整は、調査対象のニューロン集団を標的にするためだけでなく、信号の品質にとっても重要です。この時点で、コイルを背外側前頭前皮質の上に配置し、数回刺激します。
重大なアーティファクトが発生した場合は、コイルの配置をこの場所から少し離して微調整します。次に、EEG電極をデジタル化して、その位置が脳の解剖学的構造に登録されるようにします。次に、耳栓を空気圧式オーディオイヤフォンに交換して、必要に応じてホワイトノイズオーディオマスキングを再生します。
そして、聴覚保護のためにそれらの上にヘッドフォンを追加します。この時点で、コイルをコイルホルダーに取り付け、コイルがその下の電極を動かしたり押したりしないことを確認します。最後に、シングルパルスTMSとペアパルスTMSを含む実験を実行し、短い皮質内阻害、皮質内促進、および長い皮質内阻害を各参加者のランダムな順序で実行します。
この図は、刺激後の背外側前頭前皮質関心電極領域からのTMS誘発脳波応答の総平均を示しています。これには、シングルパルスTMS、短い皮質内阻害、皮質内促進、および長い皮質内阻害が含まれます。ここでは、各刺激条件について、N100の誘発電位値がすべての電極に地形的にプロットされています。
この手順を試みる際には、電極を正確に準備し、正しい刺激ターゲットを選択し、刺激強度とコイルの向きを適切に調整することが重要です。その開発後、この技術は、神経科学、神経学、臨床神経生理学、および精神医学の分野の研究者が、健康なボランティアと患者の両方について、さまざまな脳状態における皮質皮質の興奮性と接続性を探求する道を開きました。
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概要
本プロトコルでは、テスト・リテスト設計を用いて皮質内興奮性を評価するTMS-EEG研究の実施方法について説明します。本手法は、大うつ病などの神経精神疾患の治療に関連する神経生理学的機能の評価において、信頼性の高い指標を提供することを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 臨床神経生理学
- 精神医学
背景
- 本研究では、皮質興奮性の測定に焦点を当てています。
- 治療的介入に対する反応の予測因子の解明を目的としています。
- 本プロトコルは、測定の再現性を確保するように設計されています。
- 脳機能の包括的な評価のため、TMSとEEGを組み合わせています。
研究目的
- 皮質の興奮性の変化を評価するための信頼性の高い手法を開発すること。
- 治療反応に関連する神経生理学的信号の特定を支援すること。
- 神経精神疾患治療における神経生理学的メカニズムの理解を深めること。
使用した手法
- 皮質興奮性を測定するための主要な手法としてのTMS-EEG。
- 生物学的モデルには、神経精神疾患を持つ被験者が含まれる。
- 適切な電極の準備、TMSコイルのキャリブレーション、および刺激強度の調整が重要な構成要素である。
- 主要なステップには、電極の配置、インピーダンスの確認、およびTMSパラメータの制御が含まれる。
- データは、単一パルスおよびペアパルスTMSの手技中に記録される。
主な結果
- この手法により、皮質興奮性の信頼性の高いモニタリングが可能になります。
- 電極の準備は、信号の質と測定精度に直接的に影響します。
- 刺激中に重大なアーチファクトが発生する場合があるため、コイル配置の慎重な調整が必要です。
- 本研究では、主要な神経生理学的反応を捉えるための手法を最適化しています。
結論
- 本研究は、神経精神医学におけるTMS-EEG研究を推進するための堅牢なプロトコルを提示しています。
- これにより、皮質の興奮性と、それが治療反応に及ぼす影響についてより深い洞察を得ることが可能になります。
- これらの知見は、神経メカニズムの理解および治療アプローチの改善において有用です。
よくある質問
産業上の重要性
背外側前頭前皮質に対するTMS-EEGの併用により、皮質の興奮性とコネクティビティの直接的かつ定量的な評価が可能となり、神経精神疾患への介入反応に対する予測バイオマーカーの開発を支援します。この再現性のあるテスト・再テストパラダイムは、基礎研究とトランスレーショナル神経科学の接点において、メカニズム的なリスク低減とターゲット検証を強化します。本アプローチは、初期段階の治療評価に堅牢な神経生理学的エンドポイントを提供することで、ポートフォリオの意思決定に寄与することが期待されます。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 疾患に関連する脳領域における皮質回路機能の解析およびターゲットへのエンゲージメントの確認を可能にします。
- 介入に伴う神経生理学的変化を定量化することで、生物学的なリスク低減（de-risking）をサポートします。
- 再現性のある定量的なリードアウトを通じて、ターゲット調節における予測の信頼性を高めます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 後続の化合物またはデバイススクリーニングに向けた、バリデーション済みの神経生理学的アッセイを調製します。
- 皮質の興奮性とコネクティビティの測定を標準化し、研究間の比較可能性を確保します。
- スクリーニングへの適用やプラットフォームの再利用に適した、再現性のある定量的な出力を可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 神経精神疾患に対するトランスレーショナルバイオマーカー戦略に、神経生理学的エンドポイントを整合させます。
- テスト・再テスト信頼性を可能にすることで、創薬から前臨床検証までの継続性を提供します。
- メカニズムおよび機能的なリードアウトに基づいた、リスク調整後の推進決定を支援します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、初期段階の発見からトランスレーショナルリサーチまでを統合し、神経精神疾患の研究開発におけるターゲット検証、アッセイ開発、および前臨床バイオマーカーの整合性を結びつけるものです。
- 探索生物学： 皮質の興奮性と接続性を定量化し、メカニズムに関する仮説を明確にする。
- スクリーニング： 介入評価のための、標準化され再現性のある神経生理学的アッセイを提供する。
- 分析： 状態の比較および統計解析のために、定量的なEEGおよびTMS誘発リードアウトを提供する。
- トランスレーショナルリサーチ： 患者の層別化および反応予測のためのバイオマーカー戦略と整合させる。
- エンタープライズ再利用： 各プログラムにわたる神経生理学的評価のための、再利用可能なプラットフォームを確立する。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 神経精神疾患の標的バリデーションにおける予測信頼性を向上させ、メカニズム上の曖昧さを低減する。
- 運用上の価値： 神経生理学的測定を標準化およびスケール化し、再現性と研究間の統合を可能にする。
- 戦略的価値： 堅牢な初期段階のエンドポイントを提供することで、go/no-go判断の根拠となり、資本効率を高める。
- ポートフォリオへの影響： リスク調整に基づいた神経精神疾患資産の優先順位付けおよび開発推進を可能にする。
実施上の留意点
- 正確なデータ収集のためには、TMS、EEG、およびニューロナビゲーションに関する専門知識が必要です。
- アーチファクトの最小化と信号の忠実度を確保するため、高品質な計測機器と分析インフラストラクチャが求められます。
- 電極配置および刺激パラメータについて、チーム間での厳格な標準化が必要です。
- 皮質ターゲットを変更する場合、脳領域ごとにプロトコルの最適化が必要になることがあります。
- アーチファクト除去のプロセスにより、関連する神経生理学的信号が誤って除外される可能性があります。
