TED日本語 - アンドレス・ロザーノ: パーキンソン病、うつ病を消せるかもしれないスイッチ


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - アンドレス・ロザーノ: パーキンソン病、うつ病を消せるかもしれないスイッチ

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Parkinson's, depression and the switch that might turn them off


Andres Lozano






One of the things I want to establish right from the start is that not all neurosurgeons wear cowboy boots. I just wanted you to know that.

So I am indeed a neurosurgeon, and I follow a long tradition of neurosurgery, and what I'm going to tell you about today is adjusting the dials in the circuits in the brain, being able to go anywhere in the brain and turning areas of the brain up or down to help our patients.

So as I said, neurosurgery comes from a long tradition. It's been around for about 7,000 years. In Mesoamerica, there used to be neurosurgery, and there were these neurosurgeons that used to treat patients. And they were trying to -- they knew that the brain was involved in neurological and psychiatric disease. They didn't know exactly what they were doing. Not much has changed, by the way. (Laughter) But they thought that, if you had a neurologic or psychiatric disease, it must be because you are possessed by an evil spirit. So if you are possessed by an evil spirit causing neurologic or psychiatric problems, then the way to treat this is, of course, to make a hole in your skull and let the evil spirit escape.

So this was the thinking back then, and these individuals made these holes. Sometimes the patients were a little bit reluctant to go through this because, you can tell that the holes are made partially and then, I think, there was some trepanation, and then they left very quickly and it was only a partial hole, and we know they survived these procedures. But this was common. There were some sites where one percent of all the skulls have these holes, and so you can see that neurologic and psychiatric disease is quite common, and it was also quite common about 7,000 years ago.

Now, in the course of time, we've come to realize that different parts of the brain do different things. So there are areas of the brain that are dedicated to controlling your movement or your vision or your memory or your appetite, and so on. And when things work well, then the nervous system works well, and everything functions. But once in a while, things don't go so well, and there's trouble in these circuits, and there are some rogue neurons that are misfiring and causing trouble, or sometimes they're underactive and they're not quite working as they should.

Now, the manifestation of this depends on where in the brain these neurons are. So when these neurons are in the motor circuit, you get dysfunction in the movement system, and you get things like Parkinson's disease. When the malfunction is in a circuit that regulates your mood, you get things like depression, and when it is in a circuit that controls your memory and cognitive function, then you get things like Alzheimer's disease. So what we've been able to do is to pinpoint where these disturbances are in the brain, and we've been able to intervene within these circuits in the brain to either turn them up or turn them down. So this is very much like choosing the correct station on the radio dial. Once you choose the right station, whether it be jazz or opera, in our case whether it be movement or mood, we can put the dial there, and then we can use a second button to adjust the volume, to turn it up or turn it down.

So what I'm going to tell you about is using the circuitry of the brain to implant electrodes and turning areas of the brain up and down to see if we can help our patients. And this is accomplished using this kind of device, and this is called deep brain stimulation. So what we're doing is placing these electrodes throughout the brain. Again, we are making holes in the skull about the size of a dime, putting an electrode in, and then this electrode is completely underneath the skin down to a pacemaker in the chest, and with a remote control very much like a television remote control, we can adjust how much electricity we deliver to these areas of the brain. We can turn it up or down, on or off. Now, about a hundred thousand patients in the world have received deep brain stimulation, and I'm going to show you some examples of using deep brain stimulation to treat disorders of movement, disorders of mood and disorders of cognition.

So this looks something like this when it's in the brain. You see the electrode going through the skull into the brain and resting there, and we can place this really anywhere in the brain. I tell my friends that no neuron is safe from a neurosurgeon, because we can really reach just about anywhere in the brain quite safely now.

Now the first example I'm going to show you is a patient with Parkinson's disease, and this lady has Parkinson's disease, and she has these electrodes in her brain, and I'm going to show you what she's like when the electrodes are turned off and she has her Parkinson's symptoms, and then we're going to turn it on. So this looks something like this. The electrodes are turned off now, and you can see that she has tremor. (Video) Man: Okay. Woman: I can't. Man: Can you try to touch my finger? (Video) Man: That's a little better. Woman: That side is better. We're now going to turn it on. It's on. Just turned it on. And this works like that, instantly. And the difference between shaking in this way and not -- (Applause) The difference between shaking in this way and not is related to the misbehavior of 25,000 neurons in her subthalamic nucleus. So we now know how to find these troublemakers and tell them, "Gentlemen, that's enough. We want you to stop doing that." And we do that with electricity. So we use electricity to dictate how they fire, and we try to block their misbehavior using electricity. So in this case, we are suppressing the activity of abnormal neurons.

We started using this technique in other problems, and I'm going to tell you about a fascinating problem that we encountered, a case of dystonia. So dystonia is a disorder affecting children. It's a genetic disorder, and it involves a twisting motion, and these children get progressively more and more twisting until they can't breathe, until they get sores, urinary infections, and then they die. So back in 1997, I was asked to see this young boy, perfectly normal. He has this genetic form of dystonia. There are eight children in the family. Five of them have dystonia.

So here he is. This boy is nine years old, perfectly normal until the age six, and then he started twisting his body, first the right foot, then the left foot, then the right arm, then the left arm, then the trunk, and then by the time he arrived, within the course of one or two years of the disease onset, he could no longer walk, he could no longer stand. He was crippled, and indeed the natural progression as this gets worse is for them to become progressively twisted, progressively disabled, and many of these children do not survive. So he is one of five kids. The only way he could get around was crawling on his belly like this. He did not respond to any drugs. We did not know what to do with this boy. We did not know what operation to do, where to go in the brain, but on the basis of our results in Parkinson's disease, we reasoned, why don't we try to suppress the same area in the brain that we suppressed in Parkinson's disease, and let's see what happens? So here he was. We operated on him hoping that he would get better. We did not know. So here he is now, back in Israel where he lives,three months after the procedure, and here he is.


On the basis of this result, this is now a procedure that's done throughout the world, and there have been hundreds of children that have been helped with this kind of surgery. This boy is now in university and leads quite a normal life. This has been one of the most satisfying cases that I have ever done in my entire career, to restore movement and walking to this kind of child.


We realized that perhaps we could use this technology not only in circuits that control your movement but also circuits that control other things, and the next thing that we took on was circuits that control your mood. And we decided to take on depression, and the reason we took on depression is because it's so prevalent, and as you know, there are many treatments for depression, with medication and psychotherapy, even electroconvulsive therapy, but there are millions of people, and there are still 10 or 20 percent of patients with depression that do not respond, and it is these patients that we want to help. And let's see if we can use this technique to help these patients with depression.

So the first thing we did was, we compared, what's different in the brain of someone with depression and someone who is normal, and what we did was PET scans to look at the blood flow of the brain, and what we noticed is that in patients with depression compared to normals, areas of the brain are shut down, and those are the areas in blue. So here you really have the blues, and the areas in blue are areas that are involved in motivation, in drive and decision-making, and indeed, if you're severely depressed as these patients were, those are impaired. You lack motivation and drive. The other thing we discovered was an area that was overactive, area 25, seen there in red, and area 25 is the sadness center of the brain. If I make any of you sad, for example, I make you remember the last time you saw your parent before they died or a friend before they died, this area of the brain lights up. It is the sadness center of the brain. And so patients with depression have hyperactivity. The area of the brain for sadness is on red hot. The thermostat is set at 100 degrees, and the other areas of the brain, involved in drive and motivation, are shut down. So we wondered, can we place electrodes in this area of sadness and see if we can turn down the thermostat, can we turn down the activity, and what will be the consequence of that?

So we went ahead and implanted electrodes in patients with depression. This is work done with my colleague Helen Mayberg from Emory. And we placed electrodes in area 25, and in the top scan you see before the operation, area 25, the sadness area is red hot, and the frontal lobes are shut down in blue, and then, after three months of continuous stimulation,24 hours a day, or six months of continuous stimulation, we have a complete reversal of this. We're able to drive down area 25, down to a more normal level, and we're able to turn back online the frontal lobes of the brain, and indeed we're seeing very striking results in these patients with severe depression. So now we are in clinical trials, and are in Phase III clinical trials, and this may become a new procedure, if it's safe and we find that it's effective, to treat patients with severe depression.

I've shown you that we can use deep brain stimulation to treat the motor system in cases of Parkinson's disease and dystonia. I've shown you that we can use it to treat a mood circuit in cases of depression. Can we use deep brain stimulation to make you smarter? (Laughter) Anybody interested in that? (Applause) Of course we can, right?

So what we've decided to do is we're going to try to turbocharge the memory circuits in the brain. We're going to place electrodes within the circuits that regulate your memory and cognitive function to see if we can turn up their activity. Now we're not going to do this in normal people. We're going to do this in people that have cognitive deficits, and we've chosen to treat patients with Alzheimer's disease who have cognitive and memory deficits. As you know, this is the main symptom of early onset Alzheimer's disease. So we've placed electrodes within this circuit in an area of the brain called the fornix, which is the highway in and out of this memory circuit, with the idea to see if we can turn on this memory circuit, and whether that can, in turn, help these patients with Alzheimer's disease.

Now it turns out that in Alzheimer's disease, there's a huge deficit in glucose utilization in the brain. The brain is a bit of a hog when it comes to using glucose. It uses 20 percent of all your -- even though it only weighs two percent -- it uses 10 times more glucose than it should based on its weight. Twenty percent of all the glucose in your body is used by the brain, and as you go from being normal to having mild cognitive impairment, which is a precursor for Alzheimer's, all the way to Alzheimer's disease, then there are areas of the brain that stop using glucose. They shut down. They turn off. And indeed, what we see is that these areas in red around the outside ribbon of the brain are progressively getting more and more blue until they shut down completely. This is analogous to having a power failure in an area of the brain, a regional power failure. So the lights are out in parts of the brain in patients with Alzheimer's disease, and the question is, are the lights out forever, or can we turn the lights back on? Can we get those areas of the brain to use glucose once again?

So this is what we did. We implanted electrodes in the fornix of patients with Alzheimer's disease, we turned it on, and we looked at what happens to glucose use in the brain. And indeed, at the top, you'll see before the surgery, the areas in blue are the areas that use less glucose than normal, predominantly the parietal and temporal lobes. These areas of the brain are shut down. The lights are out in these areas of the brain. We then put in the DBS electrodes and we wait for a month or a year, and the areas in red represent the areas where we increase glucose utilization. And indeed, we are able to get these areas of the brain that were not using glucose to use glucose once again. So the message here is that, in Alzheimer's disease, the lights are out, but there is someone home, and we're able to turn the power back on to these areas of the brain, and as we do so, we expect that their functions will return.

So this is now in clinical trials. We are going to operate on 50 patients with early Alzheimer's disease to see whether this is safe and effective, whether we can improve their neurologic function.


So the message I want to leave you with today is that, indeed, there are several circuits in the brain that are malfunctioning across various disease states, whether we're talking about Parkinson's disease, depression, schizophrenia, Alzheimer's. We are now learning to understand what are the circuits, what are the areas of the brain that are responsible for the clinical signs and the symptoms of those diseases. We can now reach those circuits. We can introduce electrodes within those circuits. We can graduate the activity of those circuits. We can turn them down if they are overactive, if they're causing trouble, trouble that is felt throughout the brain, or we can turn them up if they are underperforming, and in so doing, we think that we may be able to help the overall function of the brain.

The implications of this, of course, is that we may be able to modify the symptoms of the disease, but I haven't told you but there's also some evidence that we might be able to help the repair of damaged areas of the brain using electricity, and this is something for the future, to see if, indeed, we not only change the activity but also some of the reparative functions of the brain can be harvested.

So I envision that we're going to see a great expansion of indications of this technique. We're going to see electrodes being placed for many disorders of the brain. One of the most exciting things about this is that, indeed, it involves multidisciplinary work. It involves the work of engineers, of imaging scientists, of basic scientists, of neurologists, psychiatrists, neurosurgeons, and certainly at the interface of these multiple disciplines that there's the excitement. And I think that we will see that we will be able to chase more of these evil spirits out from the brain as time goes on, and the consequence of that, of course, will be that we will be able to help many more patients.

Thank you very much.

まず最初に断っておきたい事があります 脳神経外科医がみんなブーツを 履いているわけではありませんので 悪しからず(笑)

私は脳神経外科医で 長い歴史を持つ脳神経学の仕事に 携わっています 今日みなさんにお話しするのは あらゆる脳神経回路を ダイヤル調節するように調節し 機能を活性・不活性化したりして 患者を治療する方法です

今 言いましたように脳神経外科には 長い歴史があり 約7千年にもなります メソアメリカにも脳神経手術が存在し 患者を治療していた 脳神経外科医がいました 彼らは 脳が神経病や精神病に 関係があることを知っていました 正確には把握していませんでしたが 今とあまり変わりませんね(笑) しかし彼らの考えは 神経・精神病の原因は 悪霊にとり憑かれることで 神経や精神に問題が生じるので 治療のためには 頭蓋骨に穴をあけて悪霊を 追い出さなければならない

というものでした これがその穴です 時には 患者は かなり抵抗したようです というのも 複数 開けかけられた 跡があるからです いくらか穿孔しすばやく 切り上げたものと考えられます 一部開けられた穴は1つで この手術を受けて 生き延びたのだと分かります これが当時のやり方で 遺跡の中には 見つかった頭蓋骨の1%に 穴があることもあり 神経・精神疾患は 7千年前も かなり よくあった事がわかります

時代が進むにつれ 脳の領野別の機能が 分かってきました 運動や視覚や あるいは記憶や食欲などを コントロールする領域などに 脳が割り当てられていて 物事がうまくいくときは 神経系機能がうまく働き すべて正常に機能しています しかしときには 物事があまりうまく行かず 脳神経回路にトラブルが起こり 誤作用している変異ニューロンが 問題を引き起こしたり 機能を鈍くしたりして 正常に機能しないことがあります

その事により起こる病気は 変異ニューロンが 脳のどこにあるかによります 変異ニューロンが 運動系の回路にある時は 運動系の機能不全に陥り パーキンソン病のようなものに罹ります 心的状態を制御する回路に 機能不全がある場合は うつ病のようなものに罹ります また記憶と認知機能を 制御する回路にある場合は アルツハイマー病の ようなものに罹ります そこで我々ができることは 正確に障害のある箇所を突き止め 脳神経回路に介入して 機能を調整することです これはちょうどラジオのダイヤルで 調節して正しい局を選ぶようなものです ジャズであれ オペラであれ 一度正しい局を選択すれば ― 神経学的には 運動であったり 心的状態であったりですが ― そこにダイヤルを設置し もうひとつのボタンを 使用して音量を調整し 強めたり弱めたりできます

それで 次にお話することは 電極が埋め込まれた脳神経回路の 領野の機能を強めたり弱めたりして 患者の脳機能を調節する 脳深部刺激療法の装置についてです 脳に このように電極を埋め込みます 10セント硬貨サイズの穴を 昔同様 頭蓋骨に開け 電極を挿入し 配線は完全に皮膚の下に埋めんで 胸のペースメーカーまで導きます ちょうどテレビのリモコンのようにして ターゲットとなる領域に 送る電力を リモコンで調整し 強めたり弱めたり つけたり消したりできます 現在 世界のおよそ10 万人の患者が 脳深部刺激療法を受けています 症例をお見せしましょう 脳深部刺激療法を用いて 運動障害や 気分障害・認知症疾患を治療した例です

電極が埋め込まれた脳内の状態です 頭蓋骨を通って電極が 脳に入っているのが見えます こうして脳のあらゆる場所に 配置できます 私がよく言う事ですが どんなニューロンも 神経外科医から隠れることはできません なぜなら脳内 何処でも 確実に安全に届くからです

最初にお見せするのは パーキンソン病患者の例です この女性はパーキンソン病を患っており 脳には電極が埋め込まれてあります 彼女の様子をお見せしましょう 電極がオフのとき パーキンソン病の症状があります 電極をオンにします このような感じです 電極は今オフで震えが見られます 医師:大丈夫 患者:できないわ 医師:私の指に触れられる? 医師:少し良くなった 患者:そちら側の方がいいわ 電極をオンにします 今オンになりました このように直ちに効果が現れます 震えの有無の違いは ― (拍手) 震えの有無の違いは 視床下核における 2万5千個のニューロンの 誤作動と関係しています 問題のニューロンを見つけ出し 「いい加減にして」 「やめて欲しい」と 電気で制御します 電気を使い ニューロンの興奮具合を見て 誤作動をブロックし 変異ニューロンの 活動を抑制しているのです

我々はこの手法を 他の疾患にも使い始めました 興味深い問題について お伝えしましょう ジストニアのケースに 遭遇した事があります ジストニアは子供たちを襲う病気です 遺伝性疾患で ねじれを引き起こし 徐々により酷いねじれになり 体が痛くなるまでよじれ 息が出来なくなり 尿路感染症を起こし 死に至ります 1997年に この少年を診るよう依頼されました 彼は他に問題はなかったのですが 遺伝的ジストニアがありました 家族には8人子どもがいて そのうち5人にジストニアがありました

その少年です 少年は9歳で 6歳まで健常児でしたが 最初に右足がねじれ始め 左足 右腕 そして左腕 さらに体幹と進みました 彼が到着した時には 発症から1~2年経っていて もはや歩くことも立つこともできず 身体不自由になっていました この病気によく見られる進行です 悪化するにつれ次第にねじれて 身体不自由になり 子どもたちの多くは生き残れません 彼は 今話した5人の子の1人です このように腹這いで 動き回るしかありませんでした どんな薬も効き目がありませんでした この少年に何をすべきか分からず どんな手術をすべきか 脳内のどこを治療標的にしたら 良いかも分かりませんでした しかしパーキンソン病に おける成果にもとづいて 抑制を試みようと判断しました パーキンソン病で抑制した 脳内の同じ箇所を抑制し どうなるか見てみようと 回復を期待して 手術をしました これが 現在の彼です イスラエルに戻っています 術後3ヵ月の彼です


この成果を元に この手術が現在 世界中で行われています 何百人という子どもたちが このような手術で助けられています この少年は今大学生になり ごく普通の生活を送っています これはジストニアの子の 運動と歩行を回復するために 今までの経歴の中で行った手術の中で 最も満足のいく術例の1つです


我々はこの技術を 運動回路の制御だけでなく 他の回路にも使えるのではと考え 次に 気分を司る回路の制御をするため うつ病に取り組むことに決めました うつ病が蔓延しているのも 選んだ理由です ご存知のように うつ病に対する治療法は 薬や心理療法と多くあり 電気けいれん療法までもあります しかし何百万人もの うつ病患者の10~20%には そういう治療は効きません そんな患者こそを 助けたいと思っています うつ病患者を助けるために 使えるかどうか見てみましょう

まず最初に うつ病患者と健常者の脳で 何が異なるか比較しました 具体的に脳の血流を見るため PET 画像を撮りました うつ病患者と健常者を比較して 気づいたのは 脳のある領野で 機能が停止していることです まさにブルー(憂うつ)の箇所です その青い箇所が 動機、 意欲、 意思決定に 関与している領野です 実際 重度なうつ状態になると それらの領野の機能が損なわれ 動機と意欲に欠けることになります 他に分かった事は 過活動であった領野 領野25です 赤で見られます 領野25は悲哀の中枢です 人を悲しませた場合 たとえば私があなたに 死ぬ前に最後に見た親や 友人を思い出させた場合 脳のこの領野が点灯します 脳の悲哀の中枢です うつ病患者はここが活動過剰なので 悲哀の領野は赤くなっています ここが最大限に活動する一方で 意欲と動機に関与する 脳の他の領野は停止します そこで悲哀の領野に電極を配置し サーモスタットを下げて温度調節するように 活動を抑えることができないだろうか その結果どうなるだろうかと考え

うつ病患者に電極を埋め込みました これはエモリー大学の私の同僚 ヘレン・メイバーグとの共同研究結果です 領野25に電極を配置しました 一番上のスキャン画像が手術前です 領野25 悲哀の領野は過活動の赤で 前頭葉が青で停止しています そして術後3ヵ月 1日24 時間 6ヵ月の継続的な刺激を与え 完全な逆転が実現しました 領野25を抑制することができ より正常であるレベルにまで 再び脳の前頭葉を 戻すことができました このように重度のうつ病患者において 非常に著しい成果が見られています 現在は第3相臨床試験中で 重度のうつ病の患者を治療するために 安全かつ有効であると分かれば これが新しい治療になるかもしれません

脳深部刺激療法は 運動系の治療に使えることを パーキンソン病とジストニアの症例で示し 心的回路の治療に使えることを うつ病の症例で示しました ではより賢くなるために 脳深部刺激療法を 使えないでしょうか? (笑) 興味ありませんか? (拍手) もちろんできますよね?

そこで我々は 脳内の記憶回路を 加速しようと決めました 活動を加速できるかどうか見るため 記憶と認知機能を制御する回路に 電極を配置します 現在 健常者には行いません 認知障害がある患者に行います 我々はアルツハイマー病患者への 治療を選択しました 認知障害・記憶障害を抱える患者です ご存知のように認知障害・記憶障害は アルツハイマー病の主な早期症状です そこで脳弓と呼ばれる脳の領域の回路内に 電極を配置しました 脳弓は記憶が出たり 入ったりする高速道路です そこで記憶回路をオンにして アルツハイマー病患者に 役立つかどうか 見ようと電極配置したのです

ところがアルツハイマー病では 脳でのブドウ糖消費において 重大な問題が判明しました ブドウ糖消費にかけては 脳は少し貪欲です 脳のブトウ糖消費量は 人体のブトウ糖消費量の20%です 脳の重量は体重のほんの 2%であるにも拘らず その10倍もの割合 ― 人体の総ブドウ糖消費量の20 % が 脳によって使用されます 正常の状態から 軽度の認知機能障害の状態に なるというのは アルツハイマーの前兆で 果てはアルツハイマー病になり 脳のある領野ではブドウ糖消費を止め 機能が停止してしまうということです 確かに 回りの赤い領野は 次第に青で覆われて行き 機能が完全に停止するまで 続いているのが分かります これは停電と似ています 脳の領野における部分的な停電です アルツハイマー病の患者は 脳のある部分で電灯が 消えているようなものです 電灯は永遠に消えるのでしょうか それともまた点灯することが できるのでしょうか 脳の領野がブドウ糖を また使えるようにできるでしょうか

そこでアルツハイマー病の患者の脳弓に 電極を埋め込みオンにして 脳のブドウ糖消費に何が 起こるか見ました 一番上が手術前です 青はブドウ糖消費が 正常時よりも少ない領野 大部分は頭頂葉と側頭葉です これらの脳の領野は停止しています 電灯が消えているようなものです DBS電極を配置し 1ヵ月から1年待ちます 赤の領野が ブドウ糖消費を増やした領野です ブドウ糖を消費していなかった領野を 再びブドウ糖を消費する領野に することができました つまりアルツハイマー病では 電灯は消えているけれども 家に誰かがいて また点灯できるということで 我々の方法で 脳のこれらの領野に 機能が戻ることが期待されます

現在は臨床試験中です 初期のアルツハイマー病の 50人の患者に手術を これが安全かつ効果的かどうか 神経学的機能を改善できるか見るため 行う計画です


今日皆さんにお伝えしたいことは さまざまな病態にわたって 正常に作動しない 脳神経回路がありますが パーキンソン病であれ うつ病、統合失調症 アルツハイマー病であれ どの脳神経回路や領野が 臨床徴候と病気の症状に関与しているか 理解しようと我々は研究しています 今や それらの神経回路に 到達し電極を埋め込み 回路の活動を修正することが可能です 脳の至る場所で感知される トラブルを引き起こしているような 過剰活動の場合は弱めることができ 機能が低下している場合は 強めることができます そうすることで 全体的に脳機能の改善が 可能になるかもしれません

という事は もちろん 病状を改善させられる かもしれないとういうことです まだお話していませんが 電気を使用して 損傷した領野も修復できるだろう という事も分かっています これは将来に向けて重大なことです 活動そのものだけでなく 脳機能自体の修復も 可能だという事です

この技術の適用は大きく拡がるだろうと 予想しています 多くの脳疾患に電極が 配置されることでしょう 最もエキサイティングなことの1つは あらゆる分野 技術者 医用画像科学や基礎分野の科学者 神経学者、精神科医 脳神経外科医 などとの共同作業 ― お互い刺激し合う複数分野との 連携で成り立っているということです そして将来 時が経つにつれ さらに多くの悪霊を 脳から追い払うことができるようになり その結果もちろん より多くの患者を助けることが できるようになるでしょう


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