オリーボ小脳の神経集団活動はマウスおよび患者の本態性振戦の周波数を符号化します

2024-05-28 Tue
小脳-オリーブ体神経群の活動がマウスおよび患者の特発性振戦の周波数をエンコードする研究の背景特発性振戦（Essential Tremor, ET）は、動作振戦を主な特徴とする一般的な運動障害であり、高齢者の約20%に影響を与える。振戦の周波数と強度はETの核心的な特徴の一部である。しかし、現在振戦周波数をエンコードする神経メカニズムについては理解が不十分であり、そのため現行の治療方法が多くの患者において理想的な効果をもたらしていない。およそ半数の患者が現在の薬物治療に反応せず、深部脳刺激（DBS）などの外科手術は初期には効果的であるものの、治療耐性が生じることが多い。
近年の研究では、脳のシナプス剪定欠陥や登攀線維の過剰成長が小脳の振動とET振戦を増強することが示されている。しかし、振戦周波数を決定する具体的な神経エンコードメカニズムは未だ明確ではない。この研究の空白が、ETに対するより効果的な治療方法の理論的根拠を欠如させている。
論文の出典この論文の主要著者はYi-Mei Wangであり、研究チームは主に国立台湾大学とコロンビア大学などから成る。本研究は《Science Translational Medicine》誌に発表され、2024年5月15日に公開された。
研究の流れ研究はGrid2dupe3マウスモデルおよび人の実験を採用し、体内電気生理学技術、光遺伝学、および運動追跡を組み合わせた方法で、振戦の周波数がオリーブ-小脳（下オリーブ体-小脳）の神経活動中にエンコードされるかどうか、そしてどのようにエンコードされるかを探った。
研究ステップステップ1: 神経群の活動の検出研究はまず、深層または表層電極を植え込んだ体内電気生理学技術と同時の運動追跡を組み合わせ、運動皮質、下オリーブ体、小脳皮質、深部小脳核、視床において20Hzの振戦と関連する振動活動が検出されることを明らかにした。
ステップ2: 振動の伝播経路の研究リドカイン麻酔剤をマウスの視床に注入することで、マウスの振戦と運動皮質の振動が抑制されるものの、小脳には依然として振動活動が存在することが発見され、小脳内の振動が振戦の生成に直接関与していないことを示唆した。同様に、リドカインを小脳皮質、深部小脳核、または下オリーブ核に注入すると、これらの領域の活動を停止させると大脳-小脳の振動と振戦が停止することがわかり、オリーブ-小脳回路が振戦周波数関連の振動の出所であることが示唆された。
ステップ3: 神経の周波数エンコード研究Grid2dupe3マウスの単一神経活動、電場電位、および運動学データを記録することで、異なる神経の発射周波数と振戦周波数が一致しないことがわかった。しかし、ベクトル強度スペクトル分析を通じて、すべての神経活動を線形に加算すると、ベクトル強度のスペクトルピークが次第に20Hzに集中し、小脳の振動周波数と振戦周波数に対応することが明らかになった。
ステップ4: 光遺伝学による検証ヒト化チャネルロドプシン-2 (ChR2) を表現するマウスを光遺伝学的に刺激することで、20Hz周波数でのDCN（深部小脳核）神経の刺激が即座に20Hzの回路振動と振戦を引き起こすことが示された。同様に、13Hzの刺激も小脳と振戦周波数を精密に調整できることがわかり、振戦周波数が神経群活動を介して光遺伝学的に強制調整されて生成されることを裏付けた。
ステップ5: 周波数の振戦肢体および人間の患者研究ET患者を対象としたDBS実験でも、DBSが振戦症状を効果的に抑えるものの、小脳の振動活動を消滅させないことが確認された。小脳の経頭部交番電流刺激（tACS）を使用して、個々の振戦周波数に近い固定周波数で刺激すると、小脳のこの周波数調整が振戦を安定または不安定にすることがわかり、小脳が振戦周波数エンコードにおいて重要な役割を果たしていることが検証された。
主な結果振動活動の検出：小脳、大脳および視床などの領域で振戦関連の振動活動が検出された。
振動の伝播経路：小脳の振動活動は視床抑制後も存在し、下オリーブ-小脳回路が振戦周波数の主な出所であることを示唆している。
神経頻度エンコード研究：単一神経では振戦周波数をエンコードすることは難しいが、神経群の同期活動が周波数エンコードにおいて重要な役割を果たしている。
光遺伝学検証：光遺伝学によって生成された特定の周波数の小脳振動は、正確に対応する振戦周波数を生成できる。
人間実験：DBSは振戦症状を抑制するが、小脳振動は消失せず、tACSで小脳を調整することで振戦周波数を効果的に制御できる。
研究の結論本研究は、振戦周波数が下オリーブ-小脳回路において神経群の同期活動を通じてエンコードされることを実証した。このメカニズムはマウスモデルだけでなく、ET患者にも存在している。深部脳刺激と経頭部交番電流刺激によって、小脳の振動活動が振戦周波数の生成と調節において核心的な役割を果たしていることがさらに確認された。
研究の意義と応用この研究は、振戦周波数の神経エンコードメカニズムを明らかにするだけでなく、新たな治療手段への道を開いている。神経群活動を調整することにより、より正確で効果的な治療方法を開発し、現存する治療耐性などの問題を改善することが期待される。同時に、他の運動障害の研究に対しても重要な理論的基盤および実験手段を提供している。