■ヒトの検査法

│脳のイメージング│ →microneurography

	時間分解能	空間分解能
MEG	0.005〜0.1秒程度	2〜10mm
fMRI	数10msec〜数100msec	1〜3mm
PET	数秒程度	5〜10mm程度
NIRS-OT	数10msec	8mm以上
MRS	10〜1,000mm	5mm
脳波	0.001sec	20〜30mm

　→事象関連電位ーP300

●脳磁図 Magnetoencephalography：MEG

• MEGは、脳の神経活動に伴って頭皮上で観察される微弱な磁界である。
• 頭蓋の外から非接触、非侵襲的に、脳の神経細胞活動を直接観察できる。磁界を検出するので、脳波のように電極を貼る必要がなく、基準電極も必要がない。
• 信号の起源は神経細胞の興奮であるから、脳波と同等の意義を持つ。
• MEGでは脳波と同様に，神経細胞の電気活動をミリ秒単位で観察できる。：時間分解能＝0.005〜0.1秒程度
• 刺激に反応する脳神経の位置とそこに流れる電流の向きや強さを、脳の形態的情報を画像化するMRI（磁気共鳴画像装置）の画像と重ね合わせることで、刺激に反応した脳神経の位置を推定する。
• 脳波では、脳内の電気活動は脳脊髄液、頭蓋骨、頭皮という伝導率が大きく異なる三つの層を通過するためかなりのひずみが生じてしまい、頭皮上の脳波電極で記録する場合誤差がかなり大きくなるが、磁場は伝導率の影響を全くうけないため、脳磁図は脳波に比べて空間分解能が高い。：MEGの空間分解能＝2〜10mm程度
  
  
• 神経細胞から発生される磁場は、10-15 Tesla(fT)程度（地磁気の10億分の1）程度で、非常に微弱な磁場である。
• 微弱を検出するために、通常液体ヘリウムなどの低温液体冷却された超伝導量子干渉素子（SQUID：Superconducting Quantum Interference Device)を脳の周りに配置すると、超伝導状態になり、脳内の電気活動に伴って発生する磁場の変化が検知できる。
• SQUIDでは、超伝導リングが超伝導に保たれるように、ジョセフソン接合に遮蔽電流を加え、その遮蔽電流から磁場を計測する。脳磁場の主な起源は、大脳皮質の、特に脳溝壁に存在する錘体細胞への興奮性シナプス入力によって引き起こされる尖樹状突起内電流と考えられている。

  1962年	Brian D. Josephson（イギリスの物理学者、1973年に江崎玲於奈らと共にノーベル物理学賞を受賞）が超伝導体同士のトンネル効果（ジョセフソン効果）の計算式を導き出した。
  1963年	G.BauleとR.McFeeが200万回も巻いた誘導コイルを2個用いて、 世界で最初に心磁図を計測した。
  1964年	Robert Jaklevic、John L ambe、Arnold Silver、そしてJames MercereauらがdcSQUIDを開発した。
  1967年	David Cohen（マサチューセッツエ科大学）が磁気シールドルームを用いて、心臓や脳などから発生する磁界を計測した。
  1969年	James Edward ZimmermanとArnold Silverがrf-SQUIDを開発し、Cohenとともに、生体磁気計測を発展させた。

●機能的MRI functional MRI：fMRI

磁気共鳴イメージング Magnetic Resonance Imaging：MRI 核磁気共鳴 (NMR: Nuclear Magnetic Resonance) を用いて物質の空間的構造を計測する手法である。 強い磁場がかかった状態では、原子核の陽子が、縮退が解けて､２つの異なったエネルギー状態を持つ。 このエネルギーの大きさと同じ大きさのエネルギーを外から与えると、陽子が共鳴を起こす。MRIでは、強力な磁場を外から与えながら、高周波のラジオ波でエネルギーを与えて、これに共鳴する体内の水素原子（水）からの共鳴した結果の磁気を測定する。イメージングでは，静磁場中に磁場勾配を持たせることで空間的な位置情報を得る、線形磁場勾配を用いた画像再構成が用いられている。 MRI は画像化法であり、様々な物理化学現象 (水分子密度、緩和現象、分子拡散など) が間接的に画像強度として現れる。



• fMRIでは、神経活動に伴う脳局所血液灌流量変化を賦活の指標として計測する。
• fMRIは、被験者のタスク実行時と安静時の画像を比較し、磁気共鳴信号の変化を統計的に分析することにより、 脳の活動部位を推定する。
• 一番よく使われているfMRI 測定法は、ベル研究所の小川誠二博士によって発明されたBOLD（Blood Oxygenation Level Dependent）
  

  血液中の酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）および還元型ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）は磁気的な性質が異なる。オキシヘモグロビは反磁性体の性質があり、周りの水の緩和時間に影響を与えないが、デオキシヘモグロビンは常磁性を示す（磁場で磁化する）。 したがって、血管中のオキシヘモグロビンの周辺には、磁場の不均一がおきないが、デオキシヘモグロビンは磁場の中で磁化してもともとの磁場の不均一をもたらし、磁気共鳴によって引き起こされたプロトン（水素原子核）のスピン回転の位相を乱して磁気共鳴（MR）信号を減少させる。見かけ上のT2緩和時間が短縮する。 脳活動に伴い賦活領域において血流が20〜40％増加する。神経細胞において酸素と結合したオキシヘモグロビが還元され、デオキシヘモグロビンとなるが、血流の増加に対し酸素消費量は5％しか増えないことから、静脈中のオキシヘモグロビの量が相対的に増加することになる。また、オキシヘモグロビはデオキシヘモグロビンに比べ磁化されにくいため、 賦活領域では磁化率が減少し、磁気共鳴信号の強度が変化する。したがって、脳が刺激を受け､局部血流が増大し、オキシヘモグロビが増加すると､その変化分をMRI信号として検出することができる

  
  
• 現在のfMRIは、5mm程度の空間分解能を持ち、鮮明な画像を得ることができるが、時間分解能は100ms程度と優れない。

●ポジトロン(陽電子)放出断層撮影 positron emission tomography：PET

• ポジトロンは、正の電荷をもった電子であり、Paul Adrien Maurice Dirac（ノーベル賞物理学者）が存在を予言した素粒子である。
• 投与された放射性トレーサー（人工核種：RI）は体内でとりこまれると同時に、β崩壊を起こして、反物質粒子のポジトロンを生じる。体内にとりこまれたポジトロンは、わずかな距離を飛んだ後、通常の電子と反応し、光子が２方向に向かって、高い光エネルギーを放出する。光子のエネルギーは電子の質量に相当する511keVである。
• 比較的短時間の半減期を持つ放射性トレーサーを体内に投与し。体の周りに光の検出器を並べて､２方向に放出される光エネルギーを同時測定し，CT やMRI と同様の計算処理を行って、断層写真として再構成される。
  
  
• 利点：多様なトレーサーを用いることで、血流、代謝、受容体結合能、伝達物質合成量、遺伝子発現など、様々な生体情報が収集できる。
• フェムト・モルオーダーの非常に微量な物質の体内分布を測定できる。ドーパミン、アセチルコリン、ヒスタミン、ノルアドレナリン、エンドルフィンなどの合成、代謝、受容体機能など、数多くの分子をターゲットとした基礎・臨床研究が行なわれている。
• 最近世界的に注目を集めているトレーサーは18F（フッ素18：半減期110分）で標識されたfluorodeoxyglucose（FDG）。FDG は，glucose transporter により細胞内に取り込まれhexokinase によってリン酸化されるが，それ以上は代謝を受けずにフッ素の陰電荷によって細胞内にトラップされる。FDGを用いて、脳のグルコース代謝などが測定できる。
• 酸素15（半減期2分）で置き換えた水を投与する事で､脳血流量の変化が捉えられる。
• 炭素11（半減期20分）､窒素13（半減期10分）で置き換えた薬剤も用いられる。
  
• 被検者には放射線による被曝がある。

●近赤外光トポグラフィー NIRS-OT: Near Infra-Red Spectroscopic Optical Topography

• 頭皮上から光ファイバを通して照射される近赤外光を使って、大脳の表面付近の血液量の変化を計測し、それを２次元的なマップに表わす。被験者がはある程度動くことができ，装置などに閉じ込められず，騒音もない環境で記録ができる。
• 780nmと830nmの波長を使い分けて解析する．(等吸収点は800nm近傍にある)．
• 計測と演算処理にかかる時間は０.1秒程度でできるので、リアルタイムの連続測定が可能である。
• 頭皮上から深さ2〜3cmの部を通過した近赤外光のヘモグロビンによる吸収を利用して大脳表面付近の血液量の変化を測定する。
• 近赤外線が脳を通り抜けるときに、赤血球のなかの酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンがそれぞれ吸収する光の波長がことなることを利用する。脳のある部位が活動をすると､それに伴って、その部位に酸素を送る為の血液量が増大する。この血液中のヘモグロビンによる近赤外光の散乱を利用して、酸素化および還元ヘモグロビン、またこれらの合計である、総ヘモグロビンの変化を求めることによって、大脳皮質の血液量の変化を観察する。
• 時間分解能がきわめて良いこと。時間分解能＝数10msec、空間分解能＝8mm以上

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• 2009年4月に「光トポグラフィーを使ったうつ症状の鑑別診断補助」が精神医療分野で初めて承認された。　参考1

●磁気共鳴スペクトロスコピー
　Magnetic Resonance Spectroscopy：MRS
　SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography

• MRSは従来のMRI（MRを使った画像化法）やCT等の器質的画像とは異なり、生体内における代謝産物を非侵襲的に測定し、解析するMR 装置で行う技術。
• 様々な物理化学現象 (水分子密度、緩和現象、分子拡散など) が間接的に画像強度として現れる。
• PETと同じように放射性薬剤を体に投与して、その分布の断層像として撮影する核医学検査であり、Tc-99mやGa-68などで標識された物質を体内に投与する。
• MRS は測定対象中の決められた位置のNMRスペクトルを取得し、局所的な分子情報を得る。
• 局所スペクトル法は大きく分けて二つの手法がある。

  ボクセル voxcel内のNMR スペクトルを得る方法 その代表は、プレス法 （point resolved spectroscopy：PRESS）とスティーム法 （stimulated echo scquisition mode：STEAM）

  化学シフトイメージング法 (Chemical ShiftImaging）：CSI 　参考1 MRIで用いられている位相エンコード法を導入し、あるスライス面や体積を分割した各ボクセルに対応する NMR スペクトルを同時に取得する。 一般的なMR画像は、水の信号が用いられているが、水以外の1Hの化合物、あるいは1H以外の31P、13C、19Fなどの核種の化合物の画像を構築することができる。 phase encodingを用いて2次元、あるいは3次元空間内のマルチボクセル に対応するNMRスペクトルを得ると、化合物ごとに特有のケミカルシフトを有する信号として区別して検出されるので、化合物に固有の画像を構築することができる。 31P-CSIを利用すれば、クレアチンリン酸、ATP、無機リン酸などの化合物の含量やその比率を表わす画像、無機リン酸のケミカルシフトから得られる細胞内のpHを表わす画像などを構築することができる。

○プロトンMRスペクトロスコピー：プロトンMRS、1H-MRS

• プロトンMRSは、1.5T（3T）の臨床用高磁場装置を使用し、1H，31Pをプローブとして、生体内の生化学物質や代謝物質を測定する検査法。
• 脳のプロトンMRSは腫瘍、梗塞、アルツハイマー病の診断などにおいて、そのスペクトルのピーク信号が病理状態を示す有益な指標として用いられている。
• 脳から得られるMR信号には水のプロトン由来と水以外のプロトン由来の信号がある。アミノ酸などの代謝産物由来の信号は水の10000分の1程度であり画像化は困難である。
• 生体内代謝物の炭素原子に結合したプロトン原子が固有の周波数を持っている。
• 代謝物を構成するプロトン原子からの信号を周波数解析し、ケミカルシフトを 基準に代謝物の濃度を測定する。
• 目的とするプロトンの化学シフトが異なることを利用し、MRSの結果は横軸を周波数、縦軸を信号強度にとったMRスペクトルとして展開すると、物質は共鳴線の周波数（化学シフト）から同定される。
• すべての代謝産物を測れる訳ではなく、乳酸・脂肪を含めてもせいぜい5つのピーク信号しか評価できないが、細胞の代謝活動を調べることが可能なので、「MRIやCTの画像に現れない変化を捉えることができる。
• 以前は、シングルボクセルによる方法により脳のそれぞれの必要な場所に対して数回の測定が必要であったが、マルチボクセルによる脳の広範囲の部分のスペクトル及び、ケミカルシフトイメージ（ＣＳＩ）の撮像が可能になった。
  
  
• 脳のプロトンMRSでは、水に近いところから、コリン（Cho）、クレアチン（Cr）、NAAの大きな３つのピークが明瞭に認められ、このほかにはミオイノシトール，グルタミン酸，グルコース，GABA，ラク酸などの小さな山がある。*
• プロトンMRSで解析できる代表的な物質

  Choline containing compound（コリン）：Cho 細胞膜代謝に関係するリン脂質の材料 細胞膜代謝の亢進や破壊と相関

  Creatine（クレアチン）：Cr　 クレアチンとリン酸化クレアチンの総量 神経細胞・グリア細胞の密度に相関

  Myoinositol（ミオイノシトール）：Myo グリア増生のマーカーであり、細胞内カルシウムの調節を担うセカンドメッセンジャーである。 細胞内の浸透圧保持に利用されていると考えられている。

  乳酸 嫌気性代謝の際に生成される産物、嫌気性代謝の亢進により増加すると考えられる。

  Glx グルタミン酸とグルタミンの総量

  →NAA（Nｰアセチルアスパラギン酸） 神経細胞内に局在 正常神経細胞の密度に相関

  GABA 3.0T（テスラ）以上の高磁場となると、さらに抑制系神経伝達物質とされている、GABAを特に評価することも可能である。 GABA編集法(MEGA-PRESS)

  
  　

  N-アセチルアスパラギン酸 N-asetyl-aspartate：NAA 正常に機能している神経細胞のマーカー：NAAの増減を解析する。 NAAは中枢神経系におけるもっとも豊富な分子である。 NAAはアスパラギン酸とは違い、神経伝達物質ではない。 しかし、神経細胞内でNAAとグルタミン酸が結合して合成される、N-アセチル-アスパルチル-グルタメート：NAAG（mGluR3の作動物質）は神経伝達物質として働く。 逆に、NAAGがglutamate carboxypeptidase IIによって分解されると、グルタミン酸とNAAとなる。 NAAの合成と酸素消費やATP合成と相関がみられるので、NAAの合成は神経細胞のミトコンドリア代謝のマーカーと言える。 NAA は神経細胞のミトコンドリア内でl-aspartate と acetyl coenzyme Aを基質として l-aspartate N-acetyltransferase の作用によって合成される。 NAAは NAAトランスポーターによってミトコンドリアの外部に輸送され、神経細胞からオリゴデンドロサイトの軸索結合部でミエリン鞘の原形質膜内部へ放出または輸送される。 NAA はオリゴデンドロサイト内でaspartoacylase（アスパラギン酸サイクラーゼ：ASPA）によって酢酸に代謝され、酢酸はacetyl CoA synthetase Iによって acetyl CoAに変換され、ミエリン脂質合成の前駆体として働く。 オリゴデンドロサイト内のASPA および acetyl CoA synthetase I はミエリン（特にgalactocerebrosides、sulfatides、 cholesterol.）の合成に重要な役割を担う。 NAA は神経細胞およびグリア細胞の恒常性維持に関与していることが明らかにされている。 NAA は制御された状態下に神経細胞から放出され、浸透圧を制御して水の分布を調節し、アストロサイトに取り込まれ、全身循環されることで中枢神経系での窒素の担体として機能している。 NAAは神経細胞内のミトコンドリアの酸化的リン酸化に関与する細胞内マーカーであり、ミエリン合成に重要な役割を担うので、神経およびシナプス密度の間接的測定に使用される。 NAAの代謝回転は遅いので、NAAの低下は可逆性の神経機能低下や細胞数の減少を反映すると考えられている。 通常のMRIでは白質におけるNAAの低下を感知することができないが、MRSでこれらの変化を感知できる。 MRSによって測定される局所NAAの低下は、外傷性脳損傷、脳卒中、てんかん、多発性硬化症、腫瘍などの占拠病変、HIV脳症、アルツハイマーなどの認知症疾患などの神経疾患において、神経細胞や軸索の減少を示すマーカーとして認知されている。 可逆性の脳虚血がおこる脳卒中後には灰白質におけるNAA濃度の回復がおこる。 NAA/クレアチニン比率の低下は、側頭葉てんかん患者の患側だけでなく健側においても生じるが、てんかんの焦点部位を切除すると健側の値は正常化する。 福井弥己郎先生による慢性疼痛の病態を評価した。前頭前野や前帯状回が萎縮し、視床の神経機能が低下している。視床については、VAS値とNAA値が逆相関している。

  
  
  

  voxel-based morphometry MRI：VBM-MRI 3.0T-MRIの優れた感度により、通常のT1画像でも脳全体を1mm程度のvoxel dataとして得ることが可能となっている。 ボクセル voxel ボクセルとは、3Dオブジェクトを小さな立方体(VOXEL)で表現する技術。 2次元デジタル画像を構成する単位のピクセルに対して、厚み情報を加えた3次元デジタル画像を構成する単位のこと。 ボクセルは厚みを持った粒子として表現されることから、3次元画像の断面図を表現できる。 3D-MRIを応用したVBMにより、脳内組織の容積を直接測定する形態学的画像診断法も確立されつつある。 解剖学的標準化、組織分画法（tissue classification）と画素ごとの画像統計の手法 分解能に優れた脳形態解析によって、早期の病変を検出できる可能性が高まってきている。 voxel単位で統計処理を行う VBM（Voxel Based Morphometry）のソフトVSRADを利用

  
  
  

●脳波 Electroencephalogram：EEG　→BIS/終夜睡眠ポリグラフ　参考ー1/2/3/4

→睡眠脳波　→睡眠薬による脳波　→麻酔中の脳波


• ヒト・動物の脳から生じる電気活動を、頭皮上、蝶形骨底、鼓膜、脳表、脳深部などに置いた電極で記録し観察する方法である。
• 医療での臨床検査として、また医学、生理学、心理学、工学領域での研究方法として用いられる。
• 個々の神経細胞の発火を観察する単一細胞電極とは異なり、電極近傍あるいは遠隔部の神経細胞集団の電気活動の総和を観察する（少数の例外を除く）。
• 脳波は大脳皮質のたくさんのニューロンにある、さらに膨大な数のシナプス結合での電位（シナプス後電位）の集合と考えられている。
• 大脳皮質の活性度が低下した時にはある程度の同期性がみられ、その代表的な状態が睡眠時の脳波である。

  1875年	Richard Caton（P 1842〜1926, Liverpoolの生理学者）が初めての脳波の記録した。露出したウサギの大脳皮質表面に２本の電極を置き、その間につないだ電流計に電気が流れるのを観察しました。
  1924年 1929年	Hans Berger（P 1873〜1941, イエナ大学精神科教授）が初めてヒトの脳波を記録した。1929年に論文として発表したが、その当時はあまり注目されなかった。
  1932年	Jan Friedrich Tonniesがペン書きの脳波計を開発した。
  1933年	Edgar Douglas Adrian（P 1889〜1977）が1933年に追試し、ベルガーの脳波記録をBerger Rhythmとして紹介した。1年後にやっと脳波学会からも注目された。
  1936年	松平（東北大学）が実験用の脳波計を製作した。その後1943年までに北海道大学、東京大学で製作された。
  1937年	Alfred Loomis, E. Newton Harvey, and Garret Hobartらがヒトの覚醒から睡眠までの脳波を記載した。---ステージI〜V
  1942年	文部省の脳波研究班が1943年に組織され、名古屋大学の勝沼（「脳波」という呼び方を提案）、東北大学の本川らによって 臨床用の脳波計について討議された。1950年の「脳波班インク記録装置に関する協議会」で定められた規格を基に東京大学生産技術研究所の糸川らにより試作された。この時期、臨床用の脳波計開発には東京大学生産技術研究所(糸川)、東京大学脳研(島薗)、東京大学第一工学部(阪本)が独自に取り組んでいた。
  1951年	東京大学工学部阪本研究室の指導を受け、三星電機（後に三栄測器と改名）が「木製号」を商品化した。

  
  

  δ波	徐 波	1〜3Hz	熟眠状態（ノンレム睡眠ステージIII ）
  θ波		4〜7Hz	うたたねしたり、ぼんやりしているとき、浅い眠り、催眠状態
  α波		8〜13Hz	閉眼、安静、覚醒した状態でより多くみられる。
  β波↓	速 波	14〜30Hz	起きている時の日常生活状態
  γ波		30〜64Hz	興奮状態
  ω波		64〜128Hz
  ρ波		128-512Hz
  σ波		512-1024Hz

  
  

  徐波 slow wave　←→徐波睡眠 α波より周波数が低いという意味で、δ波とθ波に分けられる。 両者とも覚醒状態にある正常成人の安静閉眼時には、ほとんど出現しない。 徐波は生理的には、幼小児の脳波、睡眠時の脳波にみられ、病的状態としては、てんかん、脳腫瘍、脳血管障害、などの器質脳疾患、意識障害、低酸素状態、低血糖状態など種々の脳機能障害の際出現する。

  速波 fast wave α波よりも周波数が早い波を総括したもの。 速波は徐波とは異なり正常脳波にもα波とともに出現するが、振幅が小さいのが普通であり（10〜20uV）、振幅が50uV以上と大きい場合には異常とみなされる。 速波は正常成人の覚醒時に見られるほか入眠時、薬物使用時にもみられる。 病的な場合としては、精神遅滞、頭部外傷、脳手術後などに見られる。

  棘波と鋭波　←→PGO波 α波、徐波、速波は波形がおよそ正弦波形であるから主に周波数によって分類される。しかし波形が正弦波形でない波の場合には、周波数だけではその波を記載できない。 棘波と鋭波とは、波形が他の部分に比べてきわだって尖鋭あるという特徴で分類されたもので、背景脳波とは区別される。 棘波（きょくは） spike 持続が20〜70msの波 棘波は過同期性発火を表す。てんかん患者の場合には、棘波成分は最も特異的な所見で、その出現部位がてんかん原損傷部位に近いことを示す。 鋭波 sharp wave 70〜200msの波 鋭波は、棘波同様にその出現部位がてんかん原焦点に近いことを示すが、持続時間が棘波より長いことから、比較的広いてんかん原損傷部位の存在を表すか、他の部位にある原発焦点から伝播した電位を示す。

  瘤波 hump, vertex sharp wave 睡眠ステージIの後期〜ステージIIの初期にかけて出現する波。 2〜3相の高振幅の波が、両側中心・頭頂部優位に著明に現れる。

  紡錘波 spindle 14Hz前後。14Hz前後のものは頭頂部が中心で、12Hzのものは前頭部が中心。 12~15Hz（ヒト）、 7~14 Hz（ネコ）、 ~14 Hz（ラット） 睡眠ステージII（ノンレム睡眠）に出現する波。 麻酔中にもよく見られる。 睡眠紡錘波の発生機序　←→1/2/3/4/5 視床皮質回路のオシレーション 睡眠によりマイネルト基底核が抑制されると、抑制性入力を受けていた視床網様核ニューロンが脱抑制する。　←→覚醒時のβ波の賦活 視床網様核ニューロンが興奮すると、長い脱分極に重畳して律動性のEPSP-IPSPが現れる。 視床網様核から抑制性入力を受けた視床神経ニューロンが GABAb 受容体による過分極応答からの回復時に再び発火し、オシレーションを引き起こす。過分極に、律動性のEPSP-IPSPが乗ってくる。 このリズムが大脳皮質の錐体細胞に伝わり、皮質が活動電位がオシレーションする。

  K-複合 K-complex 睡眠ステージII（ノンレム睡眠） 瘤波と紡錘波が結合してできた波形（瘤波が先行）。 音などの感覚刺激で誘発されたり、自発性に出現することもある。 Mircea Steriadeによる、slow wave (K-complex) ヒトのEEG記録では、slow oscillationはノンレム時に下向きの（この記録では下向きが＋らしい）大きな波として観察される。 睡眠ステージIIではslow waveに紡錘波が続くのが観察される（KC/spindle）。 睡眠ステージIII~IVではslow waveにdeltaが続くのが観察される（KC/delta）。 Slow oscillation: <1 Hz, generally 0.5~1 Hz、発生源：Neocortex

  
  
  

  β波の賦活　→覚醒時のβ波の賦活 覚醒時閉眼状態はα波がメインであり、さらに覚醒レベルがあがるとβ波が出現する。 β波は覚醒状態以外に、入眠期には増強されて大きくなったり，低振幅のα波がメインであり、さらに覚醒レベルがあがるとθ波と交互に出現したりする。 β波の発生機序としては、以前はα波の律動性が外れることによる「脱同期化」ととらえられていたが、現在ではβ波のジェネレーターが存在することが明らかとなった。 睡眠紡錘波出現と逆の機序でβ波が賦活される。 大脳皮質や視床にジェネレーターが存在して、リズム形成が生じる。 覚醒によりマイネルト基底核と脳幹網様体が活性化すると、ここからの抑制性ニューロンが視床網様核ニューロンを抑制する。 視床網様核ニューロンが抑制されることによって、皮質投射ニューロンを脱抑制する。同時に脳幹網様体からの入力も皮質投射ニューロンを活性化する。 活性化された皮質投射ニューロンにfast prepotentialが生じる。活動電位を出した後の過分極時に律動性の電位を出し、ときには活動電位も発生する。 この皮質投射ニューロンの活性化を受けて、大脳皮質の錐体細胞も脱分極する。 マイネルト基底核から来ているACh作動性神経も錐体細胞を活性化し、この2つの入力により錐体細胞がβリズム形成する。

○ベンゾジアゼピン系の睡眠導入薬による脳波 ←→睡眠

• ベンゾジアゼピン系の睡眠導入薬は、睡眠中枢に作用する。
• ベンゾジアゼピン系の睡眠導入薬によって誘発される脳波は、睡眠脳波からδ波領域の成分が減弱し、ベンゾジアゼピン速波と呼ばれる 15∼20 Hz にピークを持つ異常な脳波が観察される。
• ベンゾジアゼピン系の睡眠導入薬による睡眠のは、入眠後の覚醒は困難であり、薬物の過剰摂取は昏睡を引き起こす。従って、睡眠導入薬による睡眠は「軽度の昏睡」と表現できる。

○麻酔中の脳波 ←→全身麻酔/BIS

• 麻酔時は麻酔薬により深い意識消失状態にコントロールされているが、麻酔と睡眠とは異なるものである。
• 多くの麻酔薬では脳内麻酔薬濃度の上昇に伴い脳波は同期化され、低振幅速波から高振幅徐波への変化を示す。

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●事象関連電位 event related potential：ERP

• ERPは、認知活動に伴って大脳皮質で発生する活動電位
• 光、音などの外来からの刺激や運動動作に関連した脳電気活動の変化。
• ERPはきわめて小さい変化であり、背景脳波に隠れている。反応を平均加算して、解析することができる。

  P300 後期陽性電位：頂点潜時約300 msecで発生する陽性(Positive)電位、十数μV。 1965年にSamuel Suttonらによって報告された。 　まず手がかり刺激を与え、被検者に次に来る刺激が何であるかを予想して報告させた後、2種類の第2刺激を提示し、実際に提示した刺激と被検者の予想していた刺激とが同じ場合とそうでないときの電位を比較した。そうすると第2刺激として何が来るかが被検者に知らされている場合に比べ、何が提示されるかを知らなかった場合に潜時300msecの陽性電位が大きく出現することが確認された。すなわち、標的刺激と非標的刺激を弁別されることによって潜時刺激と非標的刺激を弁別されることによって潜時約300msecの陽性電位が大きく出現することが観察された。 P300は、頻繁に出現する刺激と希に出現する刺激を選別し、希に出てくる刺激を認知した後、約300 msecで頭頂部から記録される。 P300は被験者が提示された標的刺激に注意を集中すると出現し、注意をそらせると出現しなくなる。 内因性の誘発脳波：外部刺激に直接呼応するものではなく、刺激受容の後の脳内精神活動によるもので、主に知覚・認知処理活動を反映する誘発脳波として注目を集めてきた。 その波形の振幅からは注意・集中力を、潜時からは認識、判断 力を検討する指標と考えられている。 1980年代くらいからP300はまず医療現場で、認知症の診断に使われるようになった。 脳指紋法 brain fingerprinting アメリカではP30を犯罪捜査に利用され始めた。 Lawrence Farwell（アイオワ州の神経化学者）によって開発され、彼自身の設立した会社 Brain Fingerprinting Laboratories)よって商業化されている。 Farwellはこのテスト法を、MERMER ("Memory and Encoding Related Multifaceted Electroencephalographic Response") と呼んでいる。 被験者に写真や質問を提示し、その際の脳波を検出する。もし被験者が写真や質問の中身を見聞きしたことがあれば、P300が検出される。 捜査側と真犯人しか知りえない情報を容疑者に情報を提示して、P300脳波が出現すれば、容疑者は犯罪に関わっている可能性があるという。 ポリグラフとは違い、自分でコントロールすることはできないとされたが、そうではないという報告もある。 1998年Farwellは脳指紋法による証拠をミズーリ州警察に提供して15年前の婦女暴行殺人犯の起訴につながる。2000年ティモシー・オグレイディ判事はテリー・ハリントンの再審請求審で「脳指紋法」を証拠として採用することを認めた。「ドーバート基準」

  
  
  

  ポリグラフ polygraph　←→ 終夜睡眠ポリグラフ検査　参考1 ポリグラフィ：呼吸、脈拍、血圧、精神性発汗など複数の生理現象を、電気的または物理的なシグナルとして同時に計測・記録する装置。 Cesare Lombroso （1836〜1909/10/19日, イタリアの精神科医、犯罪人類学の創始者、Golgiの師匠）が1902年に、人が嘘をつくと血圧や脈拍が変化することを発見し、その原理を応用したプレチスモグラフ plethysmograph（---全身、器官、体の一部分の体積変化を測定する装置、ポリグラフの原型）を犯罪捜査に使用した。* 1921年にJohn Augustus LarsenとLeonard Keelerが嘘発見器としてポリグラフを発明した。 1947年4月22日に日本の警視庁がアメリカ製のポリグラフを初試験した。 嘘をついていなくても、緊張状態では通常以上の反応を示すことがある。 意図的に緊張状態を作らない訓練をすれば、ポリグラフで嘘が嘘として検出されないこともある。 P300では偽証が困難。

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●マイクロニューログラフィー（微小神経電図） microneurography

• 無麻酔で経皮的にヒトの末梢神経にタングステン微小電極を刺入し、目的とする神経の活動を記録する手技

  1960年代 後半

  Karl-Erik Hagbarth（1926〜2005/5/17　スウェーデン）とÅke Valboがマイクロニューログラフィーを開発した。

  
  
• 先端直径は約1μmであるが、神経束内で条件が良ければ、直径10μm前後の有髄神経1本の活動電位が記録できる。さらに困難であるが、直径10μm程度の無髄神経の活動も単一に記録できる場合がある。

Pain Relief

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