DBSフロンティア

適応的DBS（aDBS）の核心：精神疾患における脳活動検出とリアルタイム刺激調整

Tags: 適応的DBS, aDBS, 脳活動マーカー, LFP, 精神疾患DBS, 神経調節, 個別化医療, 強迫性障害, うつ病

はじめに

精神疾患に対する脳深部刺激療法（DBS）は、特に難治性の強迫性障害やうつ病などにおいて、有効な治療選択肢として注目されています。従来のDBSは、一度設定した刺激パラメータを比較的長期間維持する定常刺激（continuous stimulation）が主流でした。しかし近年、患者さんの状態や脳活動の変化に応じてリアルタイムで刺激パラメータを調整する「適応的DBS（adaptive DBS; aDBS）」の研究開発が進んでいます。

aDBSの核心は、特定の脳活動マーカーを検出し、それをトリガーとして刺激を調整する点にあります。このアプローチは、刺激効率の向上、副作用の低減、そして電池寿命の延長といった利点をもたらす可能性があり、精神疾患DBSの個別化医療をさらに推進するものと期待されています。本稿では、精神疾患領域におけるaDBSの最新研究動向、脳活動マーカーの役割、および臨床応用への展望について解説します。

適応的DBS（aDBS）の基本概念と精神疾患領域での意義

aDBSは、植込み型デバイスが患者さんの脳活動を常時モニタリングし、あらかじめ設定されたアルゴリズムに基づき、検出された脳活動のパターンに応じて刺激のオン/オフやパラメータ（振幅、周波数、パルス幅など）を自動的に調整するシステムです。

従来の定常刺激DBSでは、刺激は症状の変動に関わらず一定強度で継続されます。これは、病態に関わる脳回路を恒常的に調節することを目指すものですが、不必要な刺激による副作用のリスクや、エネルギー消費が大きいといった課題がありました。

精神疾患は症状の変動が大きいことが特徴であり、定常的な刺激が常に最適であるとは限りません。例えば、強迫症状や抑うつ症状が顕著な時にのみ効果的な刺激を行い、症状が比較的落ち着いている時には刺激を弱める、あるいは停止することで、より効率的かつ安全な治療が実現できる可能性があります。aDBSはまさにこのニーズに応える技術であり、精神疾患特有の脳機能動態に合わせた精密な治療介入を可能にすると考えられています。

精神疾患における主要な脳活動マーカー

aDBSの実現には、病態や症状、あるいは治療応答と相関する信頼性の高い脳活動マーカーの同定が不可欠です。精神疾患DBSの研究において、特に注目されている脳活動マーカーとして、局所電場電位（Local Field Potential; LFP）が挙げられます。

LFPは、神経集団の同期したシナプス活動や膜電位の変化を反映する電気信号であり、DBS電極によって記録することが可能です。特定の周波数帯域のLFPパワーや、異なる脳領域間のLFPの同期性（コネクティビティ）が、精神疾患の病態やDBSの効果と関連していることが示唆されています。

LFP以外にも、個々の神経細胞のスパイク活動や、脳波（EEG）、機能的MRI（fMRI）などで検出される脳活動パターンも、将来的にはaDBSのマーカーとして活用される可能性が検討されていますが、現状では植込み型デバイスによるリアルタイム検出が可能なLFPが最も有力な候補となっています。

リアルタイム刺激調整のアルゴリズムと技術

検出された脳活動マーカーに基づいて刺激を調整するためには、洗練されたアルゴリズムが必要です。これは、検出された信号が閾値を超えたら刺激を開始/強化する、あるいは特定のパターンが出現したら刺激を停止/減弱するといったシンプルなルールベースのものから、機械学習を用いて脳活動と症状の関係性をモデル化し、最適な刺激パラメータを予測・選択するといった複雑なものまで様々です。

近年の研究では、特定周波数帯域のLFPパワーを指標として、パワーが一定レベルを超えた場合に刺激をオンにする、あるいはパワーが低下するまで刺激を継続するといったフィードバック制御アルゴリズムが試験的に用いられています。また、複数の脳領域からの信号を統合的に解析し、より頑健なマーカーを用いた制御を目指す研究も進んでいます。

aDBSを実現するためには、脳活動のセンシング、データ処理、そして刺激出力という一連の機能を一つのシステムとして統合した高度な植込み型デバイスが必要です。近年、研究開発用のシステムとして、脳活動を記録しながら同時に刺激を行うことが可能なデバイスが登場しており、ヒトでのaDBS試験が進行しています。これらのデバイスは、大量の脳活動データを記録・保存する機能も持ち合わせており、治療効果のメカニズム解明や、将来的なアルゴリズム改善のための重要な情報を提供します。

臨床応用への展望と課題

aDBSは、精神疾患DBSの効果を最大化し、副作用を最小限に抑える画期的な技術として期待されています。個別化されたリアルタイム刺激により、患者さん一人ひとりの病態動態に合わせたテーラーメイド治療が実現し、より良好で持続的な治療効果が得られる可能性があります。また、必要な時に必要なだけ刺激を行うことで、植込み型パルス発生器の電池寿命を延長し、再手術のリスクやコストを低減する効果も期待できます。

しかし、臨床応用に向けてはいくつかの重要な課題が残されています。

まとめ

精神疾患における適応的DBS（aDBS）は、従来の定常刺激DBSの限界を克服し、より精密で個別化された治療を実現する可能性を秘めた技術です。LFPをはじめとする脳活動マーカーの同定と、それを活用したリアルタイム刺激調整アルゴリズムの開発が研究の最前線で行われています。

難治性の精神疾患に対する新たな治療法として期待されるaDBSですが、臨床応用に向けては、信頼できる脳活動マーカーのさらなる探索、高度なアルゴリズムとデバイスの開発、そして大規模な臨床試験による有効性・安全性の検証など、多くの課題が存在します。今後の研究の進展により、aDBSが精神疾患治療の新たな標準となる日が来るかもしれません。研究者や臨床家は、この分野の動向を注視し、来るべき個別化神経調節療法の時代に備える必要があるでしょう。

参考文献