ミリサイズのコイルと組み合わせた低コスト脳波記録システムにより、マウス脳をin vivoで経頭的に刺激する

経頭蓋磁気刺激法(TMS)は、非侵襲性/低侵襲性のため、ヒトの脳科学、臨床応用、動物モデル研究に有望なツールです。TMSアプリケーションの初期段階では、ヒトおよび動物におけるシングルパルスおよびペアパルスTMSに応答する皮質効果の測定は、運動皮質に限定されていました。容易に測定可能な出力は、運動誘発電位および運動皮質^1,2を含む誘導筋電位に限定されていた。TMS変調で測定できる脳領域を拡大するために、脳波記録(EEG)記録をシングルパルスTMSおよびペアパルスTMSと統合し^{、脳全体の}領域の興奮性、接続性、および時空間ダイナミクスを直接調べる有用な方法として3,4,5。したがって、TMSと脳波記録(TMS-EEG)の脳への同時適用は、皮質内神経回路を調べるためにヒトおよび動物の様々な表在皮質脳領域を調査するために使用されてきた(Tremblayら^{6を参照)。}さらに、TMS-EEGシステムを使用して、他の皮質領域への信号の伝播や振動活動の生成など、追加の皮質時空間特性を調べることができます^7,8。

しかし、TMSの非侵襲性のために、脳におけるTMSの作用機序は推測のままであり、TMSの適用中に脳がどのように機能するかについての知識が制限されています。したがって、げっ歯類からヒトまでの動物を対象とした侵襲的なトランスレーショナル研究は、神経回路とその活動に対するTMSの影響のメカニズムを理解するために非常に重要です。特に、動物におけるTMS-EEG複合実験では、小動物用の同時刺激および測定システムが集中的に開発されていません。したがって、実験家は、特定の実験要件に応じて試行錯誤によってそのようなシステムを構築する必要があります。また、マウスモデルは、多くのトランスジェニックマウス系統や系統分離マウス系統が生物資源として利用可能であるため、他の in vivo 動物種モデルの中でも有用です。したがって、マウス用のTMS-EEG複合測定システムを構築するための便利な方法は、多くの神経科学研究者にとって望ましいでしょう。

本研究では、研究で用いられるトランスジェニック動物の主な種類であるマウス脳の同時刺激と記録に適用でき、一般的な神経科学研究室で容易に構築できるTMS-EEG併用法を提案します。まず、従来のスクリュー電極とフレキシブル基板を使用して、各実験で電極アレイ位置を再現性よく割り当てる低コストのEEG記録システムについて説明します。第二に、磁気刺激システムは、一般的な実験室で簡単にカスタムメイドできるミリメートルサイズのコイルを使用して構築されます。第三に、TMS-EEG複合システムは、音と磁気刺激に応答した神経活動を記録します。この研究で提示された方法は、小動物に特定の障害を引き起こすメカニズムを明らかにすることができ、動物モデルで得られた結果は、対応する人間の障害を理解するために翻訳することができます。