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人間の脳は、体内のエネルギー代謝の主要な部位です。 「血管運動」としても知られる血管壁の固有の収縮と弛緩は、人間の脳における代謝活動および血行力学的活動に関与しています。 血管運動の障害は、アテローム性動脈硬化症、アルツハイマー病、パーキンソン病、脳卒中などの神経学的症状に関連しています。 人間の脳代謝における血行力学的および代謝活動の根底にあるメカニズムをより深く理解することは、神経障害の有無にかかわらず、認知機能の改善における神経調節の応用を前進させるのに役立ちます。

経頭蓋光生体調節 (tPBM) は、近赤外線を発する低強度レーザーまたは LED を使用して脳を刺激し、その活動を強化する光線療法の新しい形式です。 有望なアプローチである tPBM は、さまざまな神経学的症状に対する潜在的な治療法として現在研究されています。 ただし、まだ開発の初期段階にあり、研究者たちは可能な限り最良の結果を達成するために光の強度、波長、治療期間などの要素の最適化に取り組んでいます。

米国のテキサス大学アーリントン校のHanli Liu教授とその同僚は、認知機能に関与する脳の領域である前頭前皮質の血行力学（血流に関連する）と代謝活動に対するtPBMの特異的な効果を研究してきた。 。 Neurophotonics に掲載された最近の研究では、安静時前頭前野の血行力学的活動と代謝活動が実際に tPBM によって大幅に調節されていることを示し、事態を前進させました。

この研究では、研究者らは26人の健康な若者を登録してtPBMセッションを受けさせ、その間彼らは5つの異なる刺激条件にさらされた。 各参加者は、右額に 800 nm および 850 nm の光 (R800、R850)、左額に 800 nm の光 (L800) による 8 分間の治療を受けました。 彼らはまた、対照分析のために左右の額に偽（プラセボ）介入を2回受けました。 治療中に参加者の目を保護するために、レーザー保護ゴーグルが提供されました。

8 分間の tPBM 治療の直前と直後に、2 チャンネル広帯域近赤外分光法 (2-bbNIRS) 検出プローブが参加者の額の両側に配置されました。 この設定は、研究者が脳組織の吸収特性と散乱特性に基づいて、治療の効果と刺激前後の脳活動の変化を捉えて測定するのに役立ちました。 次に、測定されたデータは、さまざまな脳領域における血行力学および代謝活動を表す信号に変換されました。

研究者らは、tPBM治療後の超低速振動（ISO）帯域（心拍とは無関係に起こる血管内のリズミカルな振動の周波数範囲）全体での脳の反応に大きな違いがあることを観察した。 ISO バンドのさまざまな振動は、内因性 (E)、筋原性 (M)、および神経原性 (N) 成分に分類され、血管の内側の内皮層と外側の平滑筋層、および組織内の神経関連要素を表します。 、 それぞれ。

一般に、両側額などの脳の異なる領域の血管運動は、心拍動や心臓の動きが統一されているため、同期します。 研究者らは、3 つの tPBM 条件すべてが ISO の N バンドの両側代謝と M バンドの両側血行力学的活動の間の同期性を低下させることを発見しました。 しかし、R800 は、E バンドにおける両側の血行力学および代謝の接続性または同期性を大幅に増加させました。

前頭前皮質の両側での血行力学的活動と代謝活動の結合を調べたところ、3つの刺激条件すべてがtPBM側のみでEバンドの血行力学的 - 代謝結合を増加させ、反対側では増加させないことをさらに発見しました。 また、R800 と L800 は両方とも、刺激側でも M バンドの血行力学と代謝の結合を強化しました。

全体として、これらの発見は、tPBMに対する前頭前皮質の血行力学的および代謝活動の応答が、光の波長および刺激適用部位に依存していることを強調しています。 さらに、血管の内皮細胞と平滑筋細胞は、血管運動リズムに基づいて tPBM に対して異なる反応をします。

神経学的症状の治療における tPBM の応用を裏付けるにはさらなる研究が必要ですが、これらの発見は、tPBM が額全体の脳の接続性と刺激側の代謝と血行力学の結合を調節する治療的可能性を持っているという重要な科学的証拠を提供します。

Shahdadian et al.によるゴールドオープンアクセス記事「若年成人における前頭前部の両側結合性と片側結合に対する800および850nmの前頭経頭蓋光生体調節の部位特異的効果」、ニューロフォトニクス10(2) 025012 (2023)、土井を読む10.1117/1.NPh.10.2.025012。