日本語AIでPubMedを検索
神経画像と電気生理学が、脳の状態の因果関係の解明と変調のための侵襲的神経刺激と出会う
Neuroimaging and electrophysiology meet invasive neurostimulation for causal interrogations and modulations of brain states.
PMID: 32634593 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117144.
抄録
脳深部刺激（DBS）は、過去20年以上にわたり、精神神経疾患の治療に非常に効果的なエビデンスに基づいた治療法として発展してきました。さらに、脳ネットワークの機能を説明できる魅力的なツールとなっています。DBSの作用に関する新しい解剖学的・病態生理学的モデルは、神経学的・精神医学的障害と脳機能の理解を加速させた。脳ネットワークの記述は、最先端の神経画像（構造、拡散、機能的MRI）から導き出された、相互に連結した脳領域間の長距離の相互作用を説明するユニークな能力と、ミリ秒の時間分解能で局所的および大規模な脳活動を記録する機会（微小電極記録、局所場電位、脳波、脳磁図）を介して生じた。このレビューの最初の部分では、神経イメージング技術がどのようにDBSの効果の現在の理解につながっているかを、DBSのターゲットを特定し、洗練することによって説明し、電極の位置と臨床効果との関係についての実際の見解を示している。さらに一歩進んで、神経イメージングによって、局所的なDBS効果の見方が、特定の脳回路の変調へと変化したことを説明し、電極位置の再構成と最近導入されたネットワークイメージング法の組み合わせによって可能になったことを説明する。本研究では、これらの知見が臨床効果とどのように関連しているかを明らかにし、DBSの行動や臨床効果に対する作用機序を理解する上で、神経イメージングが重要な要素であることを示唆している。第2部では、神経活動の領域特異的なパターンに基づいて正確にDBSの神経解剖学的ターゲットをローカライズするために、侵襲的な電気生理学的手法が効率的にDBSのセットアップに統合されている方法を示します。次に、マルチサイト電気生理学的記録は、リズミカルな振動の動的特性を定量化し、マッピングするために、DBSのターゲットの内側と外側の異常な脳回路にリアルタイムのウィンドウを付与している方法を示します。また、安静時、タスクベース、運動時の振動ネットワークの一過性の同期状態がどのように変化するか、脳状態のこの変調がどのように最終的に機能的な応答を形成するかを議論する。最後に、異常な脳回路の電気生理学的プロキシ（ベータバースト、位相振幅結合）の解読と管理に成功したことが、標的化された状態依存性の侵襲的な電気的神経変調のための適応的なDBS刺激パラダイムにどのように変換されたかを示す。
Deep brain stimulation (DBS) has developed over the last twenty years into a highly effective evidenced-based treatment option for neuropsychiatric disorders. Moreover, it has become a fascinating tool to provide illustrative insights into the functioning of brain networks. New anatomical and pathophysiological models of DBS action have accelerated our understanding of neurological and psychiatric disorders and brain functioning. The description of the brain networks arose through the unique ability to illustrate long-range interactions between interconnected brain regions as derived from state-of-the-art neuroimaging (structural, diffusion, and functional MRI) and the opportunity to record local and large-scale brain activity at millisecond temporal resolution (microelectrode recordings, local field potential, electroencephalography, and magnetoencephalography). In the first part of this review, we describe how neuroimaging techniques have led to current understanding of DBS effects, by identifying and refining the DBS targets and illustrate the actual view on the relationships between electrode locations and clinical effects. One step further, we discuss how neuroimaging has shifted the view of localized DBS effects to a modulation of specific brain circuits, which has been possible from the combination of electrode location reconstructions with recently introduced network imaging methods. We highlight how these findings relate to clinical effects, thus postulating neuroimaging as a key factor to understand the mechanisms of DBS action on behavior and clinical effects. In the second part, we show how invasive electrophysiology techniques have been efficiently integrated into the DBS set-up to precisely localize the neuroanatomical targets of DBS based on distinct region-specific patterns of neural activity. Next, we show how multi-site electrophysiological recordings have granted a real-time window into the aberrant brain circuits within and beyond DBS targets to quantify and map the dynamic properties of rhythmic oscillations. We also discuss how DBS alters the transient synchrony states of oscillatory networks in temporal and spatial domains during resting, task-based and motion conditions, and how this modulation of brain states ultimately shapes the functional response. Finally, we show how a successful decoding and management of electrophysiological proxies (beta bursts, phase-amplitude coupling) of aberrant brain circuits was translated into adaptive DBS stimulation paradigms for a targeted and state-dependent invasive electrical neuromodulation.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.