ホログラフィック経頭蓋超音波刺激：非侵襲的な脳領域の精密標的化の新時代

ETH Zurich、チューリッヒ大学、ニューヨーク大学の研究者たちは、2025年7月に、ホログラフィック経頭蓋超音波刺激（TUS）を用いて複数の脳領域を同時に非侵襲的に精密に活性化させる画期的なシステムを発表しました。この技術は、外科手術なしで神経回路を精密に調節し、神経および精神疾患の治療に新たな道を開くものです。このシステムは、512個の超音波発信器を備えたヘルメット状のアレイを使用し、音波を複雑なパターンに集束させて頭蓋骨を透過させ、特定のニューロンを活性化させます。この手法は、精度を高め、必要な超音波強度を低減させることで、副作用を最小限に抑える可能性があります。Nature Biomedical Engineeringに掲載されたこの研究は、生きた動物の脳で超音波パターンが脳回路を活性化させる最初の視覚的証拠を提供しています。このブレークスルーは、パーキンソン病、うつ病、てんかんなどの疾患に対する革新的な非侵襲的治療法につながる可能性があります。

米国国立衛生研究所（NIH）からの資金提供を受けたこの研究は、非侵襲的神経調節における大きな進歩を示しており、脳疾患治療に革命をもたらす可能性を秘めています。研究チームは、この技術の臨床応用を積極的に追求しています。超音波技術は、出生前画像診断から理学療法、高強度超音波による腫瘍治療まで、すでに医療に応用されています。しかし、脳活動に影響を与えるための低強度超音波の使用は、新しい有望な分野です。この技術は、従来の単一点刺激の限界を超え、脳のネットワーク機能をより効果的に活用することを目指しています。

このホログラフィック超音波刺激は、数百個の超音波トランスデューサーを搭載した特殊なフードを使用し、これらのトランスデューサーを精密に制御することで、脳組織内で音波パターンを干渉させ、焦点を作り出します。これにより、従来の単一点刺激では不可能だった、複数の脳領域への同時かつ精密なアプローチが可能になります。チューリッヒとニューヨークの研究者たちは、脳内の3〜5点の正確に定義されたポイントを同時に刺激することに成功しました。この技術の応用範囲は広く、アルツハイマー病、てんかん、パーキンソン病、うつ病、脳卒中からの回復など、機能不全に陥った脳ネットワークが特徴とされる神経疾患の治療に貢献することが期待されています。これらの疾患は、病的な神経回路内の複数のノードを調節する、この精密で適応性の高い脳刺激形式から恩恵を受ける可能性があります。

動物実験、特にマウスを用いた研究が、この分野の進歩に不可欠な役割を果たしています。実験セッションでは、マウスを超音波フード内に配置し、多点脳刺激の制御されたテストを行いました。これらの前臨床研究は、この段階での直接的なヒトへの臨床試験が不可能であるため、極めて重要です。複雑な脳ネットワークを非侵襲的に調節するという可能性は、現代の神経科学と生物医学工学における最もエキサイティングなフロンティアの一つを表しています。この研究は、2025年7月7日にNature Biomedical Engineeringに掲載されました。この研究は、ETH Zurich、チューリッヒ大学、およびニューヨーク大学の科学者たちの共同作業によるもので、超音波技術の応用範囲を広げ、神経疾患治療に新たな可能性をもたらすものです。特に、低強度超音波の繊細な効果を活用し、脳活動を精密かつ非侵襲的に影響を与えることは、魅力的な研究分野となっています。この技術は、神経調節を通じてニューロンの興奮性や発火パターンを変化させることができ、従来の単一点刺激の限界を克服するものです。この進歩は、脳疾患の治療法に革命をもたらす可能性を秘めています。

このアプローチの安全性向上と作用メカニズムのより深い理解は、神経治療の変革的な未来を示唆しています。今後、チームは実用的な応用と、アルツハイマー病、振戦、てんかん、うつ病、パーキンソン病、脳卒中後の回復を含む様々な脳疾患の動物モデルでの技術テストに注力する予定です。超音波による脳刺激は有望ですが、その脳回路への影響を正確に空間的・時間的に制御し監視することに関連する課題に直面していることに注意することが重要です。それにもかかわらず、ホログラフィック経頭蓋超音波刺激は、刺激されるボリュームを直接制御し、局所的および中規模のネットワーク投射を積極的に変調させ、活性化閾値を桁違いに効果的に低下させることができます。この開発は、非侵襲的神経調節における新たな段階を示し、広範囲の神経学的および精神的障害に対するより効果的で安全な治療への希望を提供します。NIHを含む資金提供を受けたこの分野の研究は継続されており、脳疾患の理解と治療に新たな地平を切り開きます。