高解像度プローブは脳機能と神経疾患の秘密を解き明かすかもしれない

マサチューセッツ総合病院（MGH）の研究者と他のいくつかの施設での研究によると、脳細胞が互いにどのように通信するのかは謎に包まれたままですが、神経からの信号を前例のない明快さと精度で記録するプローブは、それらの秘密を解き明かすのに役立つかもしれません。

Nature Neuroscience（ネイチャーニューロサイエンス）誌で報告されたこれらの発見は、脳がどのように機能するか、神経疾患の起源などをよりよく理解するための基礎を築くことができます。

2017年、ベルギーのデジタルテクノロジー企業であるIMEC社は、ジャネリア・リサーチキャンパスを含むハワードヒューズ医学研究所と共同で、脳細胞または神経細胞の活動を記録するためのデバイスである『ニューロピクセルプローブ』を発表しました。

「ニューロピクセル　デバイスは神経科学の分野に革命をもたらしました。」

と、MGHの神経技術および神経回復センターの研究者であり研究の筆頭著者である神経科学者、そして、電気生理学者であるアンジェリーク・ポールク博士は述べています。

ニューロンの活動を記録するための初期の技術は、一般に、脳に挿入された比較的大きな電極に依存していました。

「それらは一度に何千もの脳細胞から活動をサンプリングすることができますが、あまりクリアではありません。」

とポールク博士は言います。

彼女はオーディオアナロジーに切り替えて、古いデバイスによる記録の品質について説明します。

満員のサッカースタジアムの真ん中に立って、群衆の咆哮を聞いていると想像してみてください。

対照的に、ニューロピクセルプローブは、はるかに小さいですが、はるかに優れた解像度を備えています。

「それに代わり、それぞれが独自のマイクを使用し、何百もの個別の音声を録音できるようなものなのです。」

とポールク博士は言います。

ただし、元のニューロピクセルプローブは、マウスなどの小さな実験動物で使用するための研究ツールとして設計されました。

神経科学者はすぐに、人間の脳を研究するために使用できるツールに関心を示しましたが、これにはいくつかの変更が必要でした。

例えば、元のニューロピクセルプローブは壊れやすく、大きな人間の脳で使用するには脆弱であったため、厚くする必要がありました。

それでも、ポールク博士は、プローブは約3本の毛の幅だけであると言います。

Nature Neuroscience誌で発表された報告の目標は、修正されたニューロピクセルプローブを使用して、手術室で脳神経外科手術を受けている人間の患者の脳活動を記録するための技術を開発することでした。

すでにいくつかの異なる状態を治療するために、MGHの脳神経外科を受診予定の9人の患者が、病院が神経外科医が手術中に脳活動を記録できるようにすることに同意しました。

てんかんの専門家であるシドニーキャッシュ医学博士と神経外科医のジブ・ウイルアムズ医学博士を含むチームは、人間でニューロピクセルプローブを使用する際の課題である脳活動を記録する6件の試みに失敗するという経験をしています。

しかし、彼らは3人の患者の脳活動をうまく記録することができました。

1人はてんかんの治療を受け、他の2人は運動障害の治療のために脳深部刺激を提供するためのインプラントを受けました。

後者の患者のうちのひとりにおいては、研究チームは202個の個々のニューロンの活動を記録しました。

個々のニューロンの行動を記録することがなぜ重要なのでしょうか？

「新しい高解像度のツールのおかげで、さまざまな細胞タイプが非常に興味深いことをしていることがわかりました。」

とポールク博士は言います。

たとえば、興奮性ニューロンは信号を生成しますが、抑制性ニューロンは信号を減速または停止します。

すでに利用可能な小さなプローブは、1つまたは2つのニューロンの活動を記録できます。

「しかし、それはあなたが実際に細胞型の多様性を実際に捉えていないということを意味します。」

とポールク博士は言います。

「200個の細胞を同時にサンプリングできることで、細胞が互いにどのように通信するかがわかります。脳回路が機能するのは、その特別な相互作用によるものなのです。」

ニューロピクセルプローブや他のツールを使用してニューロン間の通信をデコードすると、てんかんなどの神経学的状態や、腫瘍細胞が脳内の隣接する細胞にどのように侵入するかなどでの新たな発見につながる可能性があるとポールク博士は言います。

また、障害者が自分の脳を使ってコンピューターやロボット装置を操作し、より自立した生活を送れるようにするツールの開発をも支援します。

最終的に、この新しい技術は、私たちがどのように思考を形成し、周りの世界を知覚するかなど、認知の本質についての貴重な洞察を提供する可能性があります。

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