ミリサイズのコイルと組み合わせた低コスト脳波記録システムにより、マウス脳をin vivoで経頭的に刺激する
2023年5月26日
in vivoでマウス脳の経頭蓋磁気刺激を駆動するために、ミリメートルサイズのコイルと組み合わせた低コストの脳波記録システムが提案されています。カスタムメイドの柔軟な多電極アレイ基板を備えた従来のスクリュー電極を使用して、経頭蓋磁気刺激に応答してマウス脳からマルチサイト記録を行うことができます。
神経科学では、TMSとEEG記録は、脳の理解を深めるために頻繁に使用されます。TMSは、その非侵襲性のために特に有望です。TMSとEEG記録を組み合わせることで、研究者はさまざまな脳領域にわたる興奮性、接続性、および時空間ダイナミクスを調査できます。
このプロトコルは、小動物を用いたTMS-EEG実験のための同時刺激測定システムの開発を目的としています。これらのシステムは広範囲に開発されておらず、研究者は独自の実験要件に従って試行錯誤するシステムを作成する必要があります。この簡単に適応できるアプローチは、標準的な神経科学ラボで設定できるため、研究者にとってよりアクセスしやすく実用的になります。
本研究の成果は、ヒト候補に必須のモデルである小動物における特定の疾患のメカニズムの研究と解明を進めるものです。さらに、これらのモデルは、人間の状態に関する理解を深め、より効果的な治療法と介入の作成を導くのに役立ちます。
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概要
本研究では、マウスの生体内（in vivo）で経頭蓋磁気刺激（TMS）を行うためのミリメートルサイズのコイルを組み合わせた、低コストの脳波（EEG）記録システムを提案します。本システムは、TMSに対する多部位記録を通じて脳活動の理解を深めることを目的としており、研究者が脳領域間の興奮性とコネクティビティを探索することを可能にします。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 電気生理学
- 経頭蓋磁気刺激法 (TMS)
背景
- TMSおよびEEGは、脳機能を非侵襲的に研究するために使用されます。
- TMS-EEGの同時計測により、脳ダイナミクスの探索を強化できます。
- 小動物向けの既存システムには限界があり、カスタムソリューションが必要です。
- 本研究では、標準的な研究室で利用可能な、実用的で適応性の高いシステムを開発します。
研究目的
- 小動物におけるTMS-EEGの同時刺激測定システムを構築すること。
- 神経科学研究におけるアクセシビリティと実用性を向上させること。
- 小動物モデルを用いて、神経疾患の根底にあるメカニズムを解明すること。
使用された手法
- 柔軟なマルチ電極アレイを用いた脳波（EEG）記録。
- 電極およびコイル装着のための、腹腔内麻酔下でのマウスモデル。
- 電極および刺激装置を最適に配置するための、詳細な手術およびセットアップ手順。
- ファンクションジェネレーターおよびデータ収集システムを用いた記録および刺激セッション。
主な結果
- 音およびTMSに反応するEEG波形の正常な記録。
- 音刺激後に観察された負方向の反応であり、磁気刺激強度によって変動が見られた。
- 刺激強度の増加に伴い、EEG記録におけるピーク振幅の増大が相関して認められた。
- 本データは、TMS施行中に脳反応を測定する本システムの能力を示している。
結論
- 本研究は、げっ歯類におけるTMS-EEG同時計測の実用的なセットアップを提示しています。
- この手法により、疾患に関連する脳メカニズムのさらなる研究への道が開かれます。
- ヒトの神経疾患に対する理解の向上と、潜在的な治療法の開発が期待されます。
よくある質問
産業界における重要性
小動物モデルにおけるEEG記録と経頭蓋磁気刺激（TMS）の同時施行により、神経の興奮性とコネクティビティを直接的に検証することが可能となり、神経薬理学的パイプラインにおける初期段階のターゲットバリデーションを支援します。この低コストでマルチサイトなシステムは、脳反応の再現性のある定量的な評価を促進し、メカニズムの曖昧さを排除して、CNS創薬における予測の信頼性を高めます。そのアクセシビリティと拡張性により、本システムは前臨床神経生理学ワークフローで再利用可能なプラットフォームとして位置付けられます。
バイオ製薬R&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 制御されたTMS摂動に対する神経回路反応の直接測定を可能にする。
- 定量的EEG読み取りによるCNS標的の機能的検証をサポートする。
- 時空間的な脳活動パターンのマッピングにより、メカニズムのデリスキングを促進する。
- 神経活性化合物の進展に向けた予測信頼性を向上させる。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- in vivoでの化合物スクリーニングに向けた、標準化されたマルチチャンネルEEGプラットフォームを提供します。
- アッセイ開発において、再現性のある定量的な電気生理学的出力を提供します。
- 複数のCNS標的およびモデルにわたる、スケーラビリティとプラットフォームの再利用をサポートします。
- 薬理学的および神経調節的介入の信頼性の高い評価を可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 前臨床の神経応答プロファイルを、疾患に関連するバイオマーカーと整合させます。
- 初期の探索から小動物モデルにおける前臨床検証まで、一貫性を維持します。
- 機能的なCNSエンドポイントに基づいた、リスク調整後の推進決定をサポートします。
- CNSポートフォリオの優先順位付けに、トランスレーショナルに有用なデータを提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本システムは、初期の仮説検証からリード化合物の同定、そして中枢神経系（CNS）プログラムの前臨床バリデーションに至るまで、創薬の連続的なプロセスに統合されます。
- 探索生物学： 仮説に基づいた神経回路の解析およびターゲットエンゲージメントの検証を可能にします。
- スクリーニング： 化合物やデバイスの評価に向けた、アッセイ可能な定量的EEG出力を提供します。
- アナリティクス： 実験条件下での刺激誘発反応の統計的比較をサポートします。
- トランスレーショナルリサーチ： げっ歯類におけるメカニズムの知見を、ヒトに関連するCNSエンドポイントへと橋渡しします。
- 企業での再利用： 多様な神経精神薬のR&Dニーズに適応可能な、柔軟で低コストなプラットフォームを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 中枢神経系（CNS）標的バリデーションにおける予測の信頼性を向上させ、メカニズム的な不確実性を低減する。
- 運用的価値： 再現性と拡張性を確保するため、マルチサイトEEG-TMSのワークフローを標準化する。
- 戦略的価値： 情報に基づいたgo/no-go判断および資本効率の高いCNSポートフォリオ管理を可能にする。
- ポートフォリオへの影響： リスク調整後の優先順位付けと、神経活性資産の推進を支援する。
実施上の検討事項
- 小動物の手術および神経生理学に関する専門知識が必要です。
- 基本的な電気生理学用装置およびデータ収集システムへのアクセスが必要です。
- 電極の配置および刺激プロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- さまざまなげっ歯類モデルおよび実験パラダイムに適応可能です。
- 潜在的な制限事項として、動物の反応の個体差やプロトコルのカスタマイズの必要性が挙げられます。
