経頭蓋集束超音波は、高周波音波を使用して脳の特定の領域を刺激する非侵襲的技術であり、多くの神経疾患に対する有望な治療戦略となる可能性があります。最も注目すべきは、薬剤耐性てんかんや再発性振戦に関連するその他の症状の治療に役立つ可能性があることです。

成均館大学（SKKU）、基礎科学研究所（IBS）、韓国科学技術研究院の研究者らは最近、患者に経頭蓋集束超音波検査を行うために使用できる新しいセンサーを開発した。論文で紹介されたこのセンサー出版されたでネイチャーエレクトロニクス、その形状に適応し、皮質表面に密着することができるため、ユーザーは神経信号を記録し、低強度の超音波を介して特定の脳領域を刺激することができます。

「脳表面に接触する脳センサーに関するこれまでの研究では、正確に測定することが困難でした。脳信号脳の複雑なひだにしっかりと適合することができないためです」と、この研究の監修著者である Donghee Son 氏は Tech Xplore に語った。

「この制限により、脳表面全体を正確に分析し、脳病変を正確に診断することが困難になりました。以前に開発された脳センサージョン・A・ロジャース教授とデヒョン・キム教授らは、その形状が非常に薄いため、この問題にある程度対処しましたが、曲率が厳しい領域でしっかりと接着するのは依然として課題に直面していました。」

ロジャース教授とキム教授が以前に開発したセンサーは、脳の表面でより正確な測定値を収集できることが判明した。その期待にもかかわらず、このセンサーには、曲率が大きい脳の表面には接着できないことや、脳内の微細な動きや脳の流れによって元の接着点からずれてしまう傾向があることなど、さまざまな限界がありました。脳脊髄液（CSF）。

これらの観察された課題により、標的領域の脳信号を長期間一貫して測定する能力が低下するため、医療現場での潜在的な使用が制限されます。研究の一環として、孫氏らはこれらの限界を克服し、湾曲した脳表面によく密着し、長期間にわたって信頼性の高い測定値の収集を可能にする新しいセンサーの開発に着手した。

「私たちが開発した新しいセンサーは、高度に湾曲した脳領域にしっかりと適合し、脳組織にしっかりと接着することができます」と孫氏は述べています。「この強力な接着により、標的領域からの脳信号を長期にわたって正確に測定することが可能になります。」

Son らによって開発された ECoG と呼ばれるセンサーは、空隙を形成することなく脳組織にしっかりと接着します。これにより、外部の機械的動作に起因するノイズを大幅に低減できます。

「この特性は、低強度焦点超音波（LIFU）によるてんかん治療の有効性を高める上で特に重要です」と孫氏は述べた。「超音波がてんかんの活動を最小限に抑えるのに役立つことはよく知られていますが、患者の状態のばらつきと個人差により、各患者に合わせて治療を調整することが大きな課題となっています。」

近年、多くの研究グループが、てんかんやその他の神経疾患に対する個別化された超音波刺激治療を考案しようと試みています。ただし、個々の患者のニーズに基づいて治療を形作るには、特定の脳領域を刺激しながら患者の脳波をリアルタイムで測定できる必要があります。

「従来の脳表面に取り付けられたセンサーは、超音波による振動が大きなノイズを引き起こし、リアルタイムで脳波を監視することが困難だったため、この問題に苦労していました」と孫氏は述べた。

「この制限は、個別化された治療戦略を作成する際の大きな障害でした。私たちのセンサーはノイズを大幅に低減し、個別化された超音波刺激によるてんかんの治療を成功させることができます。」

Son らによって開発された形状モーフィングおよび皮質接着脳センサーは、3 つの主要な層で構成されています。これらには、物理​​的および化学的に組織と結合できるヒドロゲルベースの層、その下の表面の形状に合わせて形状を変化させることができる自己修復ポリマーベースの層、および金電極を含む伸縮性の極薄層が含まれます。相互接続します。

「センサーを当てると、脳の表面、ヒドロゲル層はゲル化プロセスを経て、瞬時に脳組織への強力な付着を開始します」とソン氏は説明しました。

「これに続いて、自己修復ポリマー基板が脳の曲率に合わせて変形し始め、時間の経過とともにセンサーと組織の間の接触面積が増加します。センサーが脳の輪郭に完全に接着すると、準備が整います。」操作してください。」

この研究チームが開発したセンサーは、近年導入された他の脳センサーに比べていくつかの利点があります。第一に、曲率のレベルに関係なく、脳組織にしっかりと取り付けられると同時に、その形状を脳表面にぴったりとフィットするように適応させることができます。

曲面の形状に適応することで、センサーは外部の超音波シミュレーションによって生成される振動を最小限に抑えます。これにより、医師は通常の状態と超音波シミュレーション中の両方で患者の脳内の波を正確に測定できる可能性がある。

孫氏は「この技術はてんかんの治療だけでなく、さまざまな脳疾患の診断や治療にも応用できると期待している」と述べた。「私たちの研究の最も重要な側面は、センサーを組織の表面にしっかりと接着できるようにする組織接着技術の組み合わせです。脳組織そして、空洞を作らずに脳の輪郭に適合させる形状モーフィング技術です。」

これまでのところ、ソン氏らによって開発された新しいセンサーは、生きているげっ歯類と目覚めているげっ歯類でテストされています。研究チームは動物の脳波を正確に測定し、発作を制御することができたので、収集された発見は非常に有望なものでした。

研究者らは最終的に、高密度アレイを作成するための設計を構築し、センサーを拡張することを計画しています。それが過ぎた後臨床試験、このアップグレードされたセンサーは、てんかんやその他の神経障害を診断して治療できると同時に、より効果的な補綴技術への道を開く可能性があります。

「当社の脳センサーには現在 16 個の電極チャネルが装備されており、高解像度の脳信号マッピングの点で改善の余地があります。」と Son 氏は付け加えました。

「これを念頭に置いて、電極の数を大幅に増やして、より詳細かつ高解像度の脳信号解析を可能にする予定です。さらに、脳表面に脳センサーを埋め込む低侵襲法の開発を目指しています。それを臨床研究に応用することが最終的な目標です。」

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