脳内インプラントが、日常生活中のパーキンソン病患者の歩行状態を検出

実験的な脳内インプラントにより、パーキンソン病患者が台所まで歩いたり、公園を散歩したりといった日常活動を行う際に、運動関連の脳領域の信号を捉えられることが示された。研究者らが2月13日付で学術誌「Science Advances」に報告した。完全埋め込み型デバイスを用いて、実環境での活動中にヒトの特定の運動状態を検出できることを示したのは今回が初めてである。

UC San Franciscoの研究者らは、脳深部刺激療法（deep brain stimulation：DBS）インプラントを受ける予定のパーキンソン病患者4人を募集した。これらのインプラントは、運動を制御する脳領域へ電気パルスを送ることでパーキンソン病症状を軽減できる。4人の患者には、電気パルスを発するだけでなく、脳活動も記録できるインプラントが装着された。

研究チームはその後、監督下にない日常活動の中で患者を80時間以上追跡した。この期間、患者は足首に歩行を捉えるセンサーも装着し、研究者はそのデータを運動中に生じる脳波と比較できるようにした。双方向の研究用DBSシステムは、運動皮質と淡蒼球（globus pallidus）を含む、運動関連の脳領域から神経活動を記録した。

結果として、脳波のみを基に歩行と非歩行状態を識別できることが示され、用いられるパターンは個人によって異なっていた。監督下にない日常活動中に収集された同期済みの神経データと運動データを解析することで、研究者らは歩行に関連する脳活動の個別化されたパターンを同定した。これらの神経学的シグネチャにより、埋め込み型の脳深部刺激デバイスは、在宅での自然な活動中に生成された信号を用いて運動状態を分類できた。

研究者らは歩行（gait）に関連する個別化された神経バイオマーカーを特定し、埋め込みデバイスの制約内で、これらの信号をリアルタイムの運動状態分類に用いられることを示した。これは、患者の活動状態に応じて刺激を調整できる将来の適応型DBSシステムに向けた枠組みを確立するものである。

個人のインプラントから得られるこのフィードバックに基づき、医師は、歩行しているのか、座っているのか、あるいは別の活動をしているのかに合わせて、受けている脳深部刺激を微調整できるようになる可能性がある。例えば、パーキンソン病患者が動き回っていることを検知したときには、歩行に最適化された刺激を提供するようインプラントを設定できるかもしれない。

運動障害はパーキンソン病の主要症状であり、短くすり足のような歩行、こわばり、不安定性、振戦、不随意運動などが含まれる。歩行障害はパーキンソン病でもっとも生活障害度の高い症状の一つである。患者はしばしば、短くすり足のような歩幅、動作開始の困難、方向転換時の不安定性を経験する。これらの変化は転倒リスクを高め、自立性や生活の質に大きな影響を及ぼし得る。現在のDBS治療は連続刺激を提供するが、歩行困難などの症状は日内で変動し、振戦、動作緩慢、こわばりを改善するDBS設定に反応しないことも多い。

本研究は臨床的有効性ではなく実現可能性を示すことを目的として設計された。サンプルサイズは小さく、運動状態検出が臨床転帰を改善し得るかどうかを判断するには追加研究が必要である。研究チームは現在、歩行に最適化した刺激設定を、これらの神経バイオマーカーを用いて動的に適用できるかを評価する将来の試験を計画している。

自然な行動中の脳活動の研究を可能にすることで、このアプローチは最終的に、脳—コンピュータ・インターフェース（brain-computer interface：BCI）や適応型ニューロモジュレーションの適用範囲を、管理された実験室環境を超えて日常生活へと広げる可能性がある。