「脳磁法」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2015年9月2日　原稿完成日：2015年月日<br>

[[ファイル:環境磁場および生体磁場の強度.jpg|right|300px|thumb|'''図1．環境磁場と生体磁場の強度''']]

[[ファイル:全頭型脳磁計.jpg|right|300px|thumb|'''図2．多チャンネル全頭型脳磁計の一例''']]

　脳磁法（magnetoencephalography, MEG）とは、脳の神経活動に伴って発生する磁場（磁界）を頭皮上から完全非侵襲的に計測する技術である。1972年に初めてヒトの脳から生じる磁場信号の検出に成功<ref name=ref1><pubmed>5009769</pubmed></ref>した当時は単チャンネルであったが、その後多チャンネル化が急速に進み現在では100チャンネル以上のセンサーを有する多チャンネル全頭型装置（図2）が一般的になり、基礎研究及び臨床研究に用いられている。

　神経細胞の興奮に伴う磁場変化は非常に微弱であるため、検出可能な信号を生み出すためには隣接する数万の細胞が同期して、なおかつ同じ向きの電流を発生させる必要がある<ref name=ref2><pubmed>16613883</pubmed></ref>。この条件を満たす信号源として、脳表面（もしくは皮質6層構造）に対して垂直に配列する錐体細胞樹状突起における細胞内シナプス後電流（excitatory postsynaptic current）がある。また錐体細胞の配列も重要である。脳磁計で計測できる信号は主に頭蓋表面に平行に流れる電流により生じる磁場であって、頭蓋表面に対して垂直方向の電流に関してはうまく記録できない。また、脳活動より生じた磁界の強さは距離の2乗に反比例して減衰するため脳深部の神経活動の記録は困難である。

　通常脳の神経活動に伴う磁界変化は非常に微弱であるため、超伝導量子干渉計（SQUIDs）を利用した高感度磁気センサーを用いる。記録の対象であるヒト脳磁場信号の大きさが10^-14 T（テスラ）から10^-12 T程度であるのに対して、例えば地磁気は10^-5 Tの大きさを有しているため外部環境磁場ノイズを軽減することが重要である（図1）。そのため、脳磁計は透磁率の大きい合金（パーマロイ）等で出来た磁気シールドルーム内に設置される。超伝導量子干渉計は常に液体ヘリウムで冷却する必要があるため、高性能の断熱容器（デュワー）内に格納されている。

:'''マグネトメーター'''は1個のコイルで磁束を補足する。形状が単純であり遠方の信号源からの磁場も比較的良く計測できるという長所があるが、その反面外部からの環境磁場の影響を受けやすい。

　ヒトの脳機能を非侵襲的に計測する他の方法として、頭皮上に装着された頭皮上電極から記録される「脳波（electroencephalography: EEG）」がある。脳波は脳磁法と同じように非常に高い時間分解能で脳活動を計測することができるが、神経活動を導電率の異なる脳・脊髄液・骨・皮膚などを通して観察することになる。この信号源と記録電極の間にある[[sp:Volume_conduction|容積導体]]（volume conduction）は不均一であり、脳波の空間分解能には限界がある。しかしながら、脳磁場信号は神経細胞内電流を直接的に反映し、容積導体の影響をほとんど受けないため、脳波に比べて高い空間分解能を有しておりmm単位の正確度で信号源を推測することも可能である<ref name=ref3><pubmed>6190632</pubmed></ref>。すなわち頭蓋骨や表皮、脳脊髄液など電気伝導率が大きく異なる組成の影響を脳波のように受けないことが脳磁法の大きなメリットである<ref name=ref4><pubmed>9741752</pubmed></ref>。また脳波では、何らかの基準点（耳朶電位基準や平均電位基準など）が必要となるが、脳磁法では基準点が必要ないこともメリットとなる。また脳波では記録電極と頭皮との接触が良くないと信号にノイズが混入してしまう。

　現在、脳磁図の臨床利用として主となるのは、てんかん患者におけるてんかん原性焦点や言語中枢等の重要な機能を担っている脳部位の同定である。脳磁法は脳波よりも空間分解能に優れており、脳磁法を使用することで脳波では捉えられなかったてんかん性脳活動を測定できることも報告されている<ref name=ref5><pubmed>15660769</pubmed></ref>。できるだけ重要な機能を担う脳部位を温存して術後の後遺症を減らし、正確にてんかん源性脳部位を切除するために手術前に脳磁法により脳機能計測を行うことは有効だと考えられている<ref name=ref6><pubmed> 24819913</pubmed></ref>。

　神経科学分野における脳磁法の利用としては、その高い時間・空間分解能を活かして視覚・聴覚・体性感覚・痛覚などにより惹起された誘発脳磁場反応による脳機能マッピング<ref name=ref7><pubmed>9626677</pubmed></ref> <ref name=ref8><pubmed>2814476</pubmed></ref> <ref name=ref9><pubmed>1371444</pubmed></ref> <ref name=ref10><pubmed>2465889</pubmed></ref>や、顔認知や言語処理といったヒト脳における認知機能の解明<ref name=ref11><pubmed>12195430</pubmed></ref> <ref name=ref12><pubmed>12573727</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>17582338</pubmed></ref>、安静時における脳部位間の機能的結合に関する研究<ref name=ref14><pubmed>    21930901</pubmed></ref>などが行われている。

　脳磁法の長所としては、positron emission tomography（PET）、Single Photon Emission Computed Tomography（SPECT）、functional Magnetic Resonance Imaging（fMRI）、Near Infra-Red Spectroscopy（NIRS）が血流や代謝などを指標に脳神経活動を間接的に計測しているのに対して、神経電気活動を非常に高い時間分解能で直接計測している点があげられる。また、脳磁法は生体への干渉を行わず観察するのみなので、他のNeuroimaging法とくらべても全くの非侵襲的計測法であるといえる。