TMS：脆弱X症候群と自閉症の可塑性のMechasnismを探検するシータバーストプロトコルを使用する

本手順の全体的な目的は、非侵襲的な経頭蓋磁気刺激法を用いて、皮質運動可塑性とそれが典型的および非典型的な神経発達にどのように関連しているかを探求することです。これはまず、被験者の第一背側指間骨筋におけるM1運動ホットスポットを特定し、安静時および活動時の運動閾値を決定することによって達成されます。手順の第2段階では、ベースラインの皮質脊髄興奮性を取得します。

手順の第3ステップは、シータバースト刺激を適用することです。手順の最終ステップは、その結果として生じる皮質脊髄路の興奮性を評価することです。最終的に、ベースライン時と刺激後の興奮性の変動を通じて、神経発達症を持つ被験者におけるシータバースト刺激が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響に差があることを示す結果を得ることができます。

本日は、シータバースト刺激と呼ばれる経頭蓋磁気刺激の一種について実演します。この手法は、可塑性のメカニズムが、特定の発達障害に特徴的な病理学的、神経学的、および行動学的表現型にどのように寄与しているかなど、臨床認知神経科学分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。このプロトコルを開始する前に、フレームレス定位装置を用いて被験者のMRI画像にアクセスしてください。

この解剖学的モデルは、頭蓋内の特定の部位をマークし、毎回同じ部位に刺激が行われるようにするために使用します。シータバースト刺激を開始する前に、まず被験者の一次運動野の位置を特定する必要があります。まず、TMS装置に隣接した快適な椅子に被験者を座らせてください。被験者をスクリーニングし、TMSの禁忌事項がないことを確認した上で、プロトコルの詳細を説明してください。

また、ステレオタキシス装置を用いて被験者の位置を登録し、TMSのセットアップに導入します。被験者がクリック音とタッピング感に慣れるよう、数回のパルスを放電します。次に、被験者に右手を差し出してもらい、背側骨間筋に表面電極を貼付して、実験の準備を整えます。

電極を貼付する前に、適切に位置合わせを行うため、必ず皮膚を洗浄してください。背側指間骨間筋の位置を特定するのが難しい場合は、被験者に指でつまむ動作をさせるか、人差し指を前後に動かすよう指示してください。これにより、筋肉をより簡単に見つけることができます。

TMSによって誘発される筋肉の収縮を記録できるよう、右手の第一背側骨間筋の上にEMG表面電極を貼付します。また、被験者の前腕の厚い部分に接地電極を配置します。記録機器を確認し、すべての表面電極からノイズが少なく良好な信号が得られていることを確かめてください。

被験者と技術者の両者は、聴覚保護のため、この時点で耳栓を装着してください。これで、被験者の左運動野の手領域の位置を特定する準備が整いました。この領域は個人によってわずかに異なりますが、一般的に3.5 centimeters付近にあります。

頭頂部の前方外側に配置し、刺激強度を50%に設定します。コイルを少量ずつ移動させながら観察し、最大 MEP が得られるモーターホットスポットが特定されるまで、この領域周辺の小さなグリッドを探索してください。また、必要に応じて刺激強度および刺激角度を調整してください。

M1を特定したら、脳定位固定装置が利用可能な場合は、それを用いてその位置をマークしてください。利用できない場合は、無毒性のグリースペンを使用して、被験者の頭皮に一時的にマークを付けます。本プロトコルの次のステップは、被験者の安静時運動閾値を決定することです。

必要に応じてシステムの出力を50%に再調整し、同じ部位に対して単回パルス刺激を開始し、得られた運動誘発電位を測定します。10回連続したパルスのうち、ちょうど5回で50 microvolts以上のMEPが誘発されるまで、出力を上げてまたは下げて調整します。この出力レベルを被験者の安静時運動閾値として記録します。

次に、被験者に右人差し指と親指を、約20%の圧力で軽くつまませ、そのまま保持するように指示します。このつまみ動作の状態で、同一のM1部位に対して50%の出力で単回パルス刺激を開始します。得られたMEPを測定し、記録してください。

次に、10回連続したパルス中、ちょうど5回において200 µVを超えるMEP（運動誘発電位）が生成されるまで、出力を上げてまたは下げて調整します。この出力レベルが被験者の活動性運動閾値となります。

最後に、安静時運動閾値の120%で運動ホットスポットを刺激し、10回の単回パルスでMEPを測定して、被験者のベースラインMEPを決定します。パルスごとに、10回ずつのパルスを3セット行い、MEP値の平均を算出します。被験者の閾値レベルが決定したため、刺激のためのシステム設定を行うことができます。

皮質活動を促進することが示されている間欠的TBSを投与するため、50 Hzで3パルス、強度は活動性運動閾値の80%とし、200ミリ秒間隔という標準的なシータバーストパラメータを利用します。前述のパラメータで2秒間の刺激トレインを生成し、続いて8秒間の無刺激時間を設けます。これを190秒間繰り返し、計600パルスを投与して、皮質活動を抑制することが示されている連続的シータバーストを行います。

上述のパラメータで47秒間、中断することなく刺激列車を発生させます。これは合計600パルスに相当します。プロトコルの残りの手順は中断せずに完了させる必要があるため、被験者が快適な状態で、開始の準備ができていることを確認してください。被験者には、静止したままリラックスするように伝えてください。

先に特定したM1運動ホットスポット上にコイルを配置し、ITBSまたはCTBSのいずれかを実施します。ここではCTBSを実施しています。刺激の間、コイルが正しい位置に保持されていることを確認してください。

θバースト刺激の後、TMSの一時的な効果を評価するため、直ちに刺激後の運動誘発電位の測定を開始します。その手順は以下の通りです。

まず、TMS装置を安静時運動閾値の120%で単発パルスを照射するように設定します。次に、被験者の同じ運動ホットスポット上にコイルを配置し、TBSで刺激したときと全く同じ位置にあることを確認します。前ステップで使用した電極セットアップを用いて10回の単発パルス刺激を行い、得られた10回のMEPレベルを測定して記録します。

これらのMEPの平均値を算出し、この時点の結果として記録します。次に、設定したパラメータを用いて、TBS後の11の時点（5分、10分、20分、30分、40分、50分、60分、75分、90分、105分、そして最後に刺激後120分）で刺激を行い、各時点において新たに10パルスずつのバッチ記録を行い、その平均値を収集します。完了後、表面電極を取り外し、被験者に耳栓を外して立ち上がってもらいます。

被験者に、実験に参加していただいたことへの謝意を必ず伝えてください。また、他のTBSパラメータを調査するため、後日改めてTMSセッションに出席するよう被験者に依頼してください。TMSセッションの結果は、使用されるTBSパターンによって異なります。

ここでは、間欠的シータバースト刺激パターンを用いた場合の代表的な結果を示します。ここに見られるように、被験者の自然な可塑性状態を反映して、持続時間に伴うMEP値の上昇が認められます。同様に、連続的シータバースト刺激パターンを用いた場合、この手順に続く被験者の自然な可塑性状態を反映して、持続時間に伴うMEP値の低下が認められます。

異常な可塑性がどのように現れ、どのように治療できるかといった追加の疑問を解決するために、行動課題、薬剤介入、または追加の刺激パラダイムなどの他の処置を行うことができます。