経頭蓋パルス超音波
経頭蓋パルス超音波（TPU）は、低強度低周波超音波（LILFU）を使用して脳を刺激します。2002年、アレクサンダー・ビストリツキー博士は、この方法論に治療効果があるという考えを初めて提唱しました。[ 1 ] 2008年から、アリゾナ州立大学のウィリアム・タイラー博士と彼の研究チームは、侵襲性手術の有害な影響とリスクのないこの代替神経調節の調査と開発を開始しました。彼らは、この低出力超音波がニューロンの活発な活動を刺激し、外部ソースを介した脳波の操作を可能にすることを発見しました。インプラントと電気インパルスを使用する深部脳刺激法や迷走神経刺激法とは異なり、 TPU は神経組織を損傷する可能性のある電極の埋め込みを必要としない非侵襲的で集中的な手順です。その使用は、医療や軍事科学を含むがこれらに限定されないさまざまな分野に適用できます。この技術は、従来の脳操作に代わる新たな有益な代替手段をもたらす大きな可能性を秘めているものの、比較的新しい科学であり、あらゆる安全対策の完全な理解と管理が欠如しているなど、その完全な発展にはいくつかの障害がある。[ 2 ]
研究と応用
2010年時点での研究の大部分は、TPUを神経疾患の治療と認知機能の改善に利用するプロジェクトを中心に展開されていました。しかし、2012年には、タイラー博士は超音波による発作抑制の可能性に関する研究も開始しました。[ 3 ] タイラー博士と彼のチームは、脳刺激療法に関する知識の向上に継続的に取り組んでおり、こうした治療法の導入に向けた強固な基盤を構築したいと考えています。[ 4 ]
医療分野
科学者たちは、安全で低強度のTPUをヒト、サル[ 5 ] 、マウスなど様々な哺乳類に適用することで、てんかん、パーキンソン病、慢性疼痛、昏睡、ジストニア、精神病、うつ病の治療に良い影響を与えるかどうかを試験し続けています。この技術の潜在的効果は多岐にわたるため、その安全性と有効性に関する継続的な研究は、標準的な医療現場への導入を加速させると期待されています。[ 2 ]
軍隊
国防高等研究計画局（DARPA）は、TPUを用いて兵士の精神的ストレスを抑制できるヘルメットの開発研究を進めています。このヘルメットは、兵士のストレスや不安レベルを軽減する可能性を秘めています。[ 6 ]音波は脳の特定の領域を標的とし、わずか数立方ミリメートルの領域の活動を刺激します。これにより、脳の非常に特定の領域を非常に正確に、かつ周囲に損傷を与えることなく刺激することが可能になります。この装置のプロトタイプは現在、兵士の能力と潜在能力を向上させるために開発中です。[ 7 ]
テスト
解剖学的分析に用いられる従来の超音波は、通常、約20MHzの周波数の波を用いて体組織を透過し、画像を生成します。これに対し、TPUの低周波数は約5.7MHzの低熱曝露です。この周波数を大幅に低減することで、過剰な曝露や検出可能な損傷を与えることなく、興奮性組織を操作することができます。科学者たちは、動物の特定の脳領域に焦点を当てることで、行動、細胞の電気的特性（電気生理学的特性）、そしてニューロンの機能能力であるシナプス可塑性を変化させることが実証されていることを発見しました。 [ 1 ]
例えば、マウスの運動皮質に焦点を当てたTPUは、脳のその領域の構造や機能を変化させることなく、足の運動を誘発することが示されています。これは、この方法が高度な認知レベルで脳活動を制御できることを証明しています。短い波はニューロン活動を活性化し、長い波はそれを抑制することは明らかです。しかし、この反応のメカニズムはまだ解明されていません。最近の有力な仮説は、伸張感受性膜の機械的操作が、ナトリウムやカルシウムなどの特定の電位依存性イオンチャネルを刺激し、ニューロン活動を調節するというものです。[ 1 ]
制限事項
臨床試験は、顕著な有害作用の有無を判断するために行われてきました。これらの検査の結果、長期的な神経学的異常を示した被験者はいませんが、これは比較的新しい治療法であり、長期的な副作用を予測できるほど十分な研究が行われていません。超音波は非侵襲的であるため、手術よりも安全な代替手段ですが、長期曝露によって意図せずニューロンに有害な影響を与え、軽度の出血を引き起こす可能性は常に存在します。[ 8 ]
治療効果
高周波超音波と比較して、LILFUには以下の利点があります：組織への吸収が低い、組織への物理的浸透深度が大きい、粒子の偏向が強い、骨への音響浸透とパワーが著しく優れている、運動効果への影響が大きい、即時的/短期的な効果が得られる、処置後の効果が長く持続する、患者の安全性が高い。[ 9 ]
超音波神経調節療法が慢性疼痛などの症状の治療に有効であることを示すエビデンスが既に示されています。慢性疼痛患者31名を対象に、二重盲検模擬対照試験において、後部前頭皮質を標的とした8MHzの非焦点経頭蓋超音波刺激を実施したところ、治療後10～40分で気分が改善したと報告されました。時間的制約のため、これらの試験は必ずしも十分な範囲を網羅しておらず、治療が一般的な精神的健康に及ぼす影響について決定的なエビデンスを提供するには至っていません。[ 10 ]
参考文献
- ^ a b c Hameroff, Stewart (2013). 「経頭蓋超音波（TUS）の精神状態への影響：パイロットスタディ」 （PDF） . Brain Stimulation . 6 (3). Elsevier: 409–15 . doi : 10.1016/j.brs.2012.05.002 . PMID 22664271. S2CID 206354818. 2013年3月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2013年10月25日閲覧。
- ^ a b「超音波が脳回路の遠隔制御を可能にする」 ScienceDaily脳回路2013年10月23日閲覧。
- ^タイラー、ウィリアム. 「ニュースで取り上げられた私たちの研究」 . タイラー研究所. 2013年11月10日閲覧。
- ^ Tyler, William. 「研究プログラム概要」 . バージニア工科大学カリリオン医学部・研究所. 2013年11月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年10月23日閲覧。
- ^ Deffieux, T., Younan, Y., Wattiez, N., Tanter, M., Pouget, P., & Aubry, JF (2013). 低強度焦点式超音波はサルの視覚運動行動を変化させる. Current Biology, 23(23), 2430-2433 [1]
- ^ディロウ、クレイ（2010年9月10日）「DARPA、兵士のヘルメットに経頭蓋超音波マインドコントロール装置を搭載へ」ポピュラーサイエンス誌、ボニエ・コーポレーション。 2016年2月21日閲覧。
- ^ Tyler, Dr. William J. 「超音波を用いた脳活動の遠隔制御」。科学を武器に。米国国防総省。 2016年2月21日閲覧。
- ^ Daffertshofer, M. (2005). 「脳虚血における経頭蓋低周波超音波による血栓溶解療法：超音波と組織プラスミノーゲン活性化因子の併用による出血リスクの増大：第II相臨床試験の結果」 . Stroke . 36 (7): 1441–6 . doi : 10.1161/01.STR.0000170707.86793.1a . PMID 15947262 .
- ^ 「なぜ低周波超音波なのか？」 UltraPuls . 2013年11月13日閲覧。
- ^ Zhang, T.; Pan, N.; Wang, Y.; Liu, C.; Hu, S. (2021). 「経頭蓋集束超音波神経調節：ヒトおよび動物の脳活動に対する興奮性および抑制性効果のレビュー」 . Frontiers in Human Neuroscience . 15.オープンアクセス出版. doi : 10.3389/fnhum.2021.749162 . PMC 8507972. PMID 34650419 .
