脳磁図によって正常な成人で検出された体性感覚誘発スパイク
Somatosensory Evoked Spikes in Normal Adults Detected by Magnetoencephalography
科研背景与研究动机
1949年以降、臨床神経生理学の研究により、高電圧皮質体感誘発電位（somatosensory evoked potentials, SEPs）が反射性てんかん患者で検出できることが発見されました。このような患者の発作は体感刺激によって引き起こされます（Forsterら、1949；Green、1971）。1971年に初めて行動障害のある子供で対側頭頂スパイク（contralateral parietal spikes, CPS）が発見され、「体感誘発スパイク（somatosensory evoked spikes, SESs）」と名付けられました（De Marco，1971）。この現象はその後、局所性または全般性てんかん症候群、熱性けいれん、頭部外傷、頭痛等、さまざまな病気の患者においても報告されています（Dalla Bernardinaら、1991；De Marco，1980；De Marco と Calzolari，1999；Fonseca と Tedrus，1994，2000，2012；Langill と Wong，2003）。しかし、SESは14歳未満の正常児童でのみ検出され、正常成人では観察されないとされ、これは中枢神経系の成熟に従って消失する年齢依存現象と考えられています（Fonseca と Tedrus，2012；Langill と Wong，2003）。
本研究の研究動機
これまで、3名のてんかん成人患者において、磁気脳波計（magnetoencephalography, MEG）を用いてSESが検出されました。これは自発MEG測定中に発生しました（Ishidaら，2015）。これにより、本研究ではMEGが正常成人においてSESを検出できるかもしれないと仮定しました。これは頭皮脳波計（electroencephalography, EEG）の感度の限界によってEEGでは見えないがためです（Agariら，2021；Iwasakiら，2005；Kakisakaら，2017；Knakeら，2006；Parkら，2004，2012；Zillgittら，2022）。この研究は、MEGが正常成人においてSESを検出できるかどうかを探るものでした。
研究出典
この研究論文は、Makoto Ishida、Yosuke Kakisaka、Kazutaka Jin、Akitake Kanno、Nobukazu Nakasatoらによって執筆され、著者はすべて日本の東北大学医学部てんかん科に所属しています。この論文は《Clinical Neurophysiology》ジャーナルに掲載され、2024年5月に受理されました。
研究の流れ
1. 実験対象
この研究には、20名の男性と10名の女性を含む30名の健康な成人志願者が参加し、年齢範囲は20歳から27歳（平均年齢22.6歳）でした。すべての研究対象は実験前に薬物を服用しておらず、睡眠障害や睡眠剥奪もありませんでした。参加者は実験の12時間前までにカフェインを摂取しないように指示されました。研究は東北大学医学部倫理委員会の承認を得ており、すべての参加者がインフォームド・コンセント書に署名しました。研究は《ヘルシンキ宣言》のガイドラインに厳密に従って行われました。
2. 研究方法
2.1 MEG記録と正中神経刺激
研究は制御された磁気シールドルーム内で、200チャンネルの全頭MEGシステムを使用して行われました。このシステムは一階軸方向グラジオメーターを用いたセンサー群で構成され、基本距離は50mm、コイル直径は15.5mmでした。センサーは均等に配置され、頭部位置は頭皮上の既知位置に配置された5つの誘導コイルマーカーで決定されました。各参加者の頭部形状とコイル位置は3Dデジタル化装置を使用して測定され、3テスラ磁気共鳴画像システム（MR）によって取得された3D磁気共鳴画像に基づいていました。
連続電流刺激器を使用して、試行者の左手首と右手首の正中神経を独立して刺激しました。刺激パラメータは国際臨床神経生理学会の基準に従いました。各試行者のMEGデータ収集条件はサンプリング周波数2000Hz、ローパスフィルター周波数500Hzでした。
2.2 SESとSEFの検出と分析
標準的な自発MEG記録中に、左右それぞれの正中神経を電気刺激し、各試行者の記録時間は10分でした。SESは、背景脳活動から明確に見える刺激ロック介在反応として経験豊富な神経生理学者によって識別されました。すべての試行者の刺激前20MSから刺激後100MSのデータは398回平均され、SEFsを分析しました。SESとSEFsの尖峰潜伏期、等場図、及び等価電流双極子（ECD）の位置信息が比較分析されました。
2.3 統計分析
統計分析はすべてGraphPad Prism9ソフトウェアを使用して行われました。SESの有無による試行者間のSEFsを両側Mann-Whitney U検定で比較し、同じくFisherの正確検定を使用して性別差を計算しました。統計仮説の有意水準はp < 0.05としました。
主な研究結果
本研究では、30名の健康成人のうち10名（20人中8人の男性と10人中2人の女性）でSESが検出され、残り20名の試行者ではSES現象は見られませんでした。性別差はありませんでした。SESの発生率は24.0% ± 15.0%（平均 ± 標準偏差）でした。SESは1つまたは2つの尖峰を含み、そのうちの最初の尖峰の潜伏期はSEFsの第二尖峰（M2）の潜伏期と一致しました。M2等場図と同様に、SESの最初のピークの等価電流双極子（ECD）は位置と方向でM2と一致しました。
図1は、同じ健康な成人被験者で、MEGによって検出されたSESとSEFsの比較を示しています。26.5msのSES主ピークは対応する第二のSEFs尖峰（M2）潜伏期と一致し、SESの最初のピークの等場図パターンとECDの位置と方向はM2と一致しました。SESピークのECD強度はSESが検出された被験者で明らかに大きかった。
研究討論
MEG研究を通じて、30名の正常成人中10名に両側SESが検出され、残りの20名の試行者には検出されませんでした。SESの最初の尖峰はSEFsのM2と同期しており、潜伏期、ECD位置、方向で一致を示していました。SESが存在しない試行者と比較して、SESを含む試行者の両側M2 ECD強度は有意に大きかったです。
1. SESの年齢依存現象についての討論
先行研究では、SESは子供のみに出現する現象とされていましたが、本研究では20-27歳の成人の三分の一にMEGを用いてSESを成功裏に検出しました。しかし、MEGとEEGの同時平行記録が行われなかったため、MEGがSESの検出においてEEGよりも高い感度を持つと直接結論付けることはできませんでした。でも、推測上MEGがより高い感度を持ち、背景自発脳活動を超えて皮質表面に向かう体感誘発反応の要素を検出できることが示唆されました。
2. MEGが焦点皮質活動を検出する上での優位性
多くの以前の研究と一致して、この研究もまた、MEGが焦点皮質活動を検出する上での優位性をさらに示しました。MEGは頭皮径方向の電流を検出できないものの（これらはEEGで検出可能です）、本研究では、10名の試行者全員に片側SES現象が現れず、両側SESの検出が全か無かの現象であることを示唆しました。これは対称SEFsと背景脳活動の信号対雑音比と直接関係しています。
以上の結果から、本研究は正常な成人において初めてMEGを用いてSESが検出されました。この研究結果は、SESが非痙攣活動としての単一次平均されていないSEF現象との理解を深めるだけでなく、脳皮質活動の検出におけるMEGの顕著な優位性を示し、今後の関連する脳機能検出と診断への応用の基礎を築きました。
研究意義
本研究の重要な発見は以下を含みます: - 成人の脳皮質活動に体感誘発スパイクが存在することを初めて証明しました。 - 脳皮質活動の検出におけるMEGの優位性を強調し、臨床診断に多様な神経生理学的検査手法を統合する助けとなります。 - 成人の脳活動とその可能性のある病理現象のさらなる研究に新たな契機と方向性を提供しました。
本研究は神経生理学分野において重要な学術的価値と臨床応用の前途を持ち、より複雑な脳活動メカニズムを解明し、分野のさらなる発展を促進するのに寄与します。