研究者らが精神疾患治療のための脳刺激AIシステムを開発
ミネソタ大学医学部およびマサチューセッツ総合病院の科学者らは、人を対象としたパイロット研究で、人工知能と標的を絞った脳への電気刺激を組み合わせることで、自己制御や思考の柔軟性に関わる特定の脳機能を改善できることを示しました。
医学部精神医学科准教授で、医学部の薬物依存研究グループのメンバーでもあるアリック・ヴィッジ医学博士が、Nature Biomedical Engineering誌に掲載された研究の責任著者です。結果は、ボストンのマサチューセッツ総合病院で、脳手術を受けた12人のてんかん患者を対象に行われた人を対象とした研究から得られました。患者には、脳活動を記録し発作の発生源を特定するため、脳全体に数百本の極小電極を配置する処置が行われました。
「認知的制御の欠如、つまりデフォルトの支配的反応を抑え、より適応的な選択を行う能力の低下は、うつ病、不安、依存症やその他の精神疾患でしばしば見られます。ここで我々は、頭蓋内脳波モニタリングを受けている患者において、内包または線条体、特に背側領域への直接的なフィードバック付き刺激が、葛藤課題中の認知的制御を改善することを示す証拠を提示します。<…> フィードバック付きの認知的制御の強化は、根底にある認知の欠陥を是正し、重度の精神疾患の治療に役立つ可能性があります」と研究には記されています。
本研究では、ヴィッジ氏がマサチューセッツ総合病院のシドニー・キャッシュ医学博士（てんかん研究の専門家）およびダリン・ドハティ医学博士（臨床脳刺激の専門家）と協力しました。3人は共同で、少量の電気エネルギーで刺激すると患者の精神機能が改善される脳領域、すなわち内包を特定しました。この脳の部位は認知的制御を担っており、認知的制御とは、ある思考や行動パターンから別のものへと切り替える過程であり、ほとんどの精神疾患で障害されています。
「例えば、うつ病の人が「思考が行き詰まった」否定的な考えを振り払えない場合が挙げられます。この機能は精神疾患において重要な役割を果たすため、それを改善する方法を見つけることは、これらの病気を治療する新たな強力な手段となる可能性があります」
チームは、刺激後に患者の認知的制御能力を、行動と脳活動の両方から直接追跡できる特別なアルゴリズムを開発しました。制御方式では、患者が実験室での認知的制御テストで成績が落ちるたびに、刺激が強化されるようになっていました。
「このシステムは脳活動を読み取り、患者が困難を感じているときにそれを「解読」し、その困難を乗り越えられるよう、脳に小さな電気刺激のパルスを与えることができます。私はよく電動自転車にたとえて説明します。誰かがペダルをこいでいても困難を感じると、自転車がそれを感知して、その力を増強します。私たちは人間の精神機能で同様のものを作ったのです」
この研究は初めて次のことを示しました：
- 精神疾患に関連する人間の特定の精神機能が、的確に標的化された電気刺激によって確実に改善されうること
- 脳の内包の構造には、認知機能の改善に特に効果的な特定の部位があること
- 制御装置として用いられたフィードバックアルゴリズムは、ランダムな時点での刺激の2倍効果的だったこと
てんかんに加えて強い不安を抱えていた患者もいました。認知的刺激を受けた後、彼らはストレスから注意をそらし、自分が望むことに集中できるようになったため、不安が和らいだと報告しました。ヴィッジ氏によれば、この方法は重度で薬物に抵抗性の不安、うつ病、その他の疾患の患者の治療に使える可能性を示唆しています。
「これは精神疾患治療にとってまったく新しいアプローチになりうるものです。症状を抑え込もうとする代わりに、患者が自分自身の意識を制御できる道具を与えることができます。患者を「運転手」の座に戻し、自由意志という新しい感覚を味わってもらえるかもしれません」
研究チームは現在、臨床試験の準備を進めています。認知的制御の改善を目的とした手法は、既に米国食品医薬品局（FDA）によって脳の深部刺激療法として承認されているため、ヴィッジ氏は、試験が正式に承認された後であれば、この研究は既存の器具や機器で実施でき、この支援を現在の医療現場に移すことも迅速に行える可能性があると述べています。
「今回の結果で最も素晴らしい点は、臨床試験を行って有効性をさらに示すことができ、その後、治療に抵抗性で、病気の治療のためにさらなる介入を切実に必要としている患者への支援に進めることを期待できることです」
