パーキンソン病（PD）の視床下核（STN）から記録された局所場電位は、顕著な多尺度スペクトルの特徴を示す。すなわち、β帯域（13-30 Hz）の振動の誇張と、高周波振動（HFOs, 200-400 Hz）が結合して現れ、さらにHFO振幅がβサイクルに位相固定されている。こうした位相振幅結合（PAC）はパーキンソン状態の有望なバイオマーカーとして同定されてきたが、その出現の仕方、HFO周波数を決める要因、また薬剤投与下のSTNでβの変調がないにもかかわらずHFOが存在し得る理由を、生物物理学的モデルで説明した報告はなかった。ここでは、反復結合をもつ興奮性Izhikevichニューロンの異質な集団が、3つの動力学的レジームを生み出すことを示す。（i）非同期なトニック発火、（ii）非同期なバースト。各ニューロンが個別にバーストしてブロードバンドのHFOパワーは生じるが、集団レベルでの一貫したPACは生じない、（iii）同期したバースト。これはβ-HFO PACを生み出す。これらのレジームは、ドパミン枯渇の相補的な効果を捉える、生物物理学的に解釈可能な2つのパラメータによって支配される。1つは固有のニューロン興奮性の変化を反映し、もう1つはシナプス結合強度の変化を反映する。このモデルにおける非同期から同期したバーストへの遷移は、パーキンソン状態における病的なSTNニューロン活動の出現を説明する。HFOのピーク周波数は2パラメータの地形の全域で連続的に変化し、薬剤状態間で観察される遅い（200-300 Hz）HFOから速い（300-400 Hz）HFOへのシフトの可能な機構を示唆する。また、GPeに類似した抑制性ニューロン集団に対して相互（逆向き）結合を組み込んだモデルを拡張し、STN集団で同様の非同期から同期したバーストへの遷移とβ-HFO PACが立ち上がることを報告する。さらにβリズムは、2集団間のシナプス結合における遅延によって設定される。提案モデルは、今後の臨床および実験研究に対する検証可能な予測を与え、中規模LFP特徴が微視的なニューロン動力学にどのように対応づくかを数値的に分解し、患者固有のSTN動力学状態に合わせた脳刺激戦略の情報となり得る、将来の回路レベルモデルのための計算論的な構成要素として機能する。
https://doi.org/10.64898/2026.03.30.715339