電気脳刺激

電気脳刺激（EBS ）は、局所脳刺激（FBS）とも呼ばれ、電流を使用して細胞膜を直接または間接的に刺激することにより、脳内のニューロンまたは神経ネットワークを刺激する研究および臨床神経 生物学の技術として使用される電気療法の一種です。EBSは研究または治療目的で使用されます。

電気脳刺激は、イタリアの医師ルイジ・ガルヴァーニ（1737–1798）による神経と筋肉が電気的に興奮性であることの発見を受けて、19世紀前半にルイジ・ロランド[要出典]（1773–1831）やピエール・フルーラン[要出典]（1794–1867）などの先駆的な研究^{者によって、}脳の^{機能局在を}研究するために初めて使用されました。脳刺激を使用した大脳皮質表面の刺激は、エドゥアルト・ヒッツィヒ（ 1838–1907 ）、グスタフ・フリッチュ（ 1838–1927）、デビッド・フェリエ（1842–1928）、フリードリヒ・ゴルツ（1834–1902）などの研究者によって動物の運動皮質の調査に使用されました。人間の大脳皮質は、ロバート・バーソロウ（1831年 - 1904年）やフョードル・クラウス（1857年 - 1937年） などの脳神経外科医や神経科医によっても電気的に刺激されました。

翌世紀には、英国の脳神経外科医の先駆者ヴィクター・ホースリー（1857–1916）による定位法の発明や、スイスの神経生理学者ウォルター・ルドルフ・ヘス（1881–1973）、ホセ・デルガド（1915–2011）らによる、猫や猿など自由に行動する動物の脳の奥深くに挿入できる直線の絶縁電線で作られた電極を使用する慢性電極インプラントの開発により、この技術は改良された。このアプローチは、ジェームズ・オールズ（1922–1976）とその同僚によって、脳刺激報酬と快楽中枢の発見に使用された。アメリカ系カナダ人の脳神経外科医ワイルダー・ペンフィールド（1891年 - 1976年）とモントリオール神経学研究所の同僚は、覚醒した脳神経外科患者の脳皮質に広範囲の電気刺激を与え、運動感覚ホムンクルス（運動および感覚領域の分布に応じた脳皮質における身体の表現）を調査しました。

EBS は、ロバート・ガルブレイス・ヒース、デルガド、ペンフィールドの研究と密接に絡み合っています。脳の局在に関する研究で、神経外科医のペンフィールドは、自発性てんかんを観察しても、大脳皮質の表面を電気的に刺激しても、人間の感情反応を引き出せなかったことは興味深いことです。神経生理学者のデルガドは、この規則にはいくつかの例外があると指摘しています。対照的に、EBS は、脳の特定の領域に深く埋め込まれた電極 (深部脳刺激法、DBS) を介して、実験動物と人間で快感と嫌悪の両方の反応を引き起こしました。これは前述のとおりです。^{[1] [2] [3]}

EBS は、前視床下部を刺激することで猫の見せかけの怒りの儀式的運動反応を誘発する可能性があるほか、実験動物では側方視床下部を刺激することで、また人間では脳のさまざまな深部領域を刺激することで、より複雑な感情的および行動的要素である「真の怒り」を誘発する可能性がある。てんかんを患う人間の患者に EBS を行うと、脳表面での発作や、扁桃体の刺激による病的な攻撃性および怒りが誘発される可能性がある。^{[3] [4]}

2光子励起顕微鏡法では、微小刺激は低電流（10μA程度）でも電極の周囲に4mm離れたところまで散在するニューロンを活性化することが示されています。これは、電極の先端に非常に近い他のニューロンを特に選択することなく起こります。これは、ニューロンの活性化が、電極の先端付近の半径15μm以内を通過する軸索または樹状突起の有無によって決まるためです。電流が増加すると、ニューロンの軸索と樹状突起を活性化する先端周辺の体積が増加し、これに伴って活性化されるニューロンの数が増加します。活性化は、シナプス活性化ではなく直接的な脱分極によるものである可能性が最も高いです。^[5]

EBS研究の包括的なレビューでは、標的となる脳の領域に応じて刺激のさまざまな急性影響のリストがまとめられています。以下は記録された効果の例です。^[6]

• 感覚：身体のチクチク感、揺れ、動き、窒息感、灼熱感、衝撃、温かさ、知覚異常、落下感、動揺視、異常感覚、浮遊感、音、閃光、幻覚、小視症、複視などの感覚。
• 運動：眼球運動、歩行、言語停止、自動症、笑い、反復性言語、咀嚼、動きたい衝動、悲しみを感じずに泣くことなど。
• 自律神経系：顔面紅潮、散瞳、血圧や呼吸の変化、無呼吸、吐き気、頻脈、発汗など。
• 感情的：不安、喜び、非現実感、恐怖、幸福、怒り、悲しみ、一時的な急性うつ病、軽躁病など。
• 認知：失算症、錯語症、失名詞性失語症、記憶の想起、「トランス状態」、この世のものとは思えない状態、伝導失語症、半側空間無視、失読症、既視感、過去の経験の追体験、失書症、失行症など。

紡錘状回の顔面感受性部位におけるEBSにより、患者は、同室の人々の顔が「変形」し、歪んだと報告した。「あなたの鼻は垂れ下がり、左に寄った。[...] 顔だけが変わっただけで、他のすべては同じでした。」^[7]

治療的EBSの例は次のとおりです。

• 頭蓋電気刺激療法（CES）
• 脳深部刺激療法（DBS）
• 経頭蓋直流刺激（tDCS）
• 電気けいれん療法（ECT）
• 低磁場磁気刺激（LFMS）
• 機能的電気刺激（FES）
• 磁気発作療法（MST）
• 迷走神経刺激（VNS）
• 深部経頭蓋磁気刺激（Deep TMS）
• 反応性神経刺激（RNS）

強い電流は、機能的に可逆的な刺激ではなく、神経組織に局所的な損傷を引き起こす可能性があります。この特性は、パーキンソン病、局所性てんかん、精神外科など、さまざまな治療における神経外科手術に使用されています。損傷電流を流す前に、同じ電極を使用して脳を調べ、機能障害を見つけることもあります (電気凝固)。