(57)【要約】  本発明は、医学分野、特に脳活動の増強及び病的ストレスの処置に関する。より具体的には、本発明は、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場に曝された場合の被験者における脳活動の増強に使用するための、又は病的ストレスの予防若しくは処置において使用するためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物に関し、該ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。本発明はさらに、このようなナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含む組成物及びキット、並びに、その使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場に曝された場合に、被験者における、脳活動の増強に使用するための、又は病的ストレスの予防若しくは処置において使用するための、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物であって、
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される、該ナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項２】
前記電場は、経頭蓋電気刺激又は経頭蓋磁気刺激を通して適用される、請求項１記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項３】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、０．２を超える標準還元電位Ｅ°を有する金属、及びその構造内に連続したｓｐ２混成炭素中心を有する有機材料から選択される、伝導体材料である、請求項１又は２記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項４】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、金属ナノ粒子及び有機ナノ粒子から選択され、
前記金属ナノ粒子の金属が、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、又はその混合物であり、
前記有機ナノ粒子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、及び／又はポリピレンからなる、請求項３記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項５】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、３．０ｅＶ未満のバンドギャップＥｇを有する半導体材料である、請求項１又は２記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項６】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料がメンデレーエフ周期表の第ＩＶＡ族の元素、又はメンデレーエフ周期表の第ＩＩＩ族及び第Ｖ族の元素の混合組成物、又はメンデレーエフ周期表の第ＩＩ族及び第ＶＩ族の元素の混合組成物からなる、請求項５記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項７】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、メンデレーエフ周期表の第ＩＶＡ族の元素からなり、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＰから選択された電荷担体がドーピングされている、請求項６記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項８】
前記材料が、３．０ｅＶ以上のバンドギャップＥｇを有する絶縁体材料であり、比誘電恒数εｉｊｋが、２０℃〜３０℃で、１０２Ｈｚから赤外振動数までの間で測定される、請求項１又は２記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項９】
前記材料が、約３．０ｅＶ以上のバンドギャップＥｇを有する絶縁体材料であり、比誘電率εｉｊｋが２００以上であり、前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、ＢａＴｉＯ３、ＫＴａＮｂＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、及びＢａＳｒＴｉＯ３から選択された混合金属酸化物である誘電体材料である、請求項８記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項１０】
前記材料が約３．０ｅＶ以上のバンドギャップＥｇを有する絶縁体材料であり、比誘電率εｉｊｋが１００以下であり、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料が、金属酸化物、混合金属酸化物、メンデレーエフ周期表の周期第３、第５、若しくは第６、又はランタニドに由来する金属元素、及び炭素材料から選択される誘電体材料である、請求項８記載の使用のためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項１１】
前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が、身体能力の増強に使用するための、又は被験者の学習、記憶、知覚、注意力、及び／若しくは決断力の増強に使用するためのものである、請求項１〜１０のいずれか一項記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物。
【請求項１２】
電場に曝された被験者における脳活動の増強に使用するための、又は病的ストレスの予防若しくは処置に使用するための組成物であって、該組成物は、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物及び薬学的に許容される支持体を含み、前記ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される、該組成物。
【請求項１３】
前記組成物は、少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含み、各々のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体の材料から選択される別個の材料からなる、請求項１２に記載の使用のための組成物。
【請求項１４】
少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含むキットであって、各々のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される別個の材料からなる、該キット。
【請求項１５】
被験者における脳活動を増強に使用するための、又は病的ストレスの予防若しくは処置に使用するための請求項１４記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医学分野、特に脳活動の増強及び病的ストレスの処置に関する。より具体的には、本発明は、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場／電気刺激に曝された場合に被験者における脳活動の増強に使用するための、又は病的ストレスの予防若しくは処置に使用するためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物に関し、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。本発明はさらに、このようなナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含む組成物及びキット、並びに、その使用に関する。
【０００２】
背景
神経科学の理解が進むにつれて、脳は、その電線すなわちニューロンを通して情報を暗号化し伝達する、電気ネットワークとして考えることができる。ニューロン間の結合は単純であり同時に複雑でもある：単純なのは、結合が、活動電位（すなわち電気的活動の「スパイク」）をもたらす、ニューロン内へのイオンの流入／流出に依拠するからである；複雑なのは、脳ネットワークが、様々な空間的尺度及び時間的尺度で協調された相互作用を示す連結点、ハブ、及びモジュールを形成している、数千億個のニューロンから構成されているからである（Fornito et al., Nature Reviews Neuroscience, 2015, 16, 159-172: The connectomics of brain disorders）。神経情報交換は、個々のニューロンを結合する解剖学的成分（構造）、及び情報を伝達するプロセス（機能）に依存する。どちらの側面も、神経系の全体的機能に影響を及ぼす。ニューロンの相互作用は、脳の電気的活動パターンの振動によって伝達され、その振動は典型的には脳電図（ＥＥＧ）によって測定可能である。振動の様々な振動数帯域が観察されている。すなわち、デルタ、シータ、アルファ、ベータ、ガンマである（Ward et al., Trends in Cognitive Sciences, 2003, 7(12), 553-559: Synchronous neural oscillations and cognitive processes）。構造的には、脳の最も顕著な神経解剖学的特色は、ニューロン間の豊富な結合であり、これは神経情報交換の重要性を反映する。ある脳領域と別の脳領域との間の振動の同期化（「同期」）は、空間的時間的協調をもたらすことによって最後のレベルの情報暗号化を構成しているようである［最初のレベル（ニューロン）：活動電位；第二のレベル（神経ネットワーク（群））：ニューロン振動］（Engel et al., Nature Reviews Neuroscience, 2001, 2, 704-716: Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing）。重要なことには、空間的及び時間的に微妙にバランスのとれた同期化及び脱同期化のパターンは、神経系の機能的活動にとって基本であるという証拠が出現しつつある（Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain）。
【０００３】
特定の個人においてはあるが他の個人にはない特定の技能、創造性、又はアイデア創出の発生は、時に非常に不可解であり、依然として説明されていない。しかしながら、特定の疾患及びその症状の研究は、「正常な」及び「異常な」脳の機能の解明に役立つ場合がある。例えば、前頭側頭型認知症のような神経変性疾患を有する個体は、その疾患の進行につれて線画を書く及び絵画を描く技能を発達させることが観察されている（Miller et al., Neurology, 1998, 978-982: Emergence of artistic talent in frontotemporal dementia）。いくつかの刊行物が、双極性症候群、統合失調症、又は自閉症のような神経学的疾患を患う傾向は、「創造的ではない人々」よりも創造的な分野（工学、文学、絵画）で働いている人々（及びそれらの一親等親族）の方が高いことを実証している（Andreasen N.C., American Journal of Psychiatry, 1987, 144(10), 1288-1292: Creativity and mental illness: prevalence rates in writers and their first-degree relatives; Baron-Cohen et al., Autism, 1997, 101-109: Is there a link between engineering and autism; Sussman et al., Stanford Journal of Neuroscience, 2007, 1(1), 21-24: Mental illness and creativity: a neurological view of the “tortured artist”）。創造及びアイデア創出のプロセスを説明するためにいくつかのモデルが精巧に作り上げられた：非優位半球は創造的な活動に特化していることを示唆する脳半球モデル、又はごく最近になり、側頭葉の変化がアイデア創出を増加させる場合があり、一方、前頭葉の変化はそれを減少させる場合があることを示唆する前頭側頭葉モデル（Flaherty et al., J Comp Neurol, 2005, 493(1), 147-153: Frontotemporal and dopaminergic control of idea generation and creative drive）。実際に、ある学者らは難解な数字計算を行なうことができるが、一方で、初等算数が苦手である（Snyder et al., Proceedings of the Royal Society of London B, 1999, 266, 587-592: Is integer arithmetic fundamental to mental processing?: the mind’s secret arithmetic）。興味深いことには、このような異常な能力は、右（非優位）半球の促進と共に、左（優位）半球の抑制に関連しているという証拠がある（Treffert D.A., Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2009, 364, 1351-1357: The savant syndrome: an extraordinary condition. A synopsis: past, present, future）。
【０００４】
したがって、脳とは、特定の脳機能状態が、ニューロン集団間の複雑な興奮性相互作用及び抑制性相互作用から派生している動的な系である。よって、「異常な」状態は、ニューロン集団間の複雑な興奮性相互作用と抑制性相互作用との間の不均衡を反映する（Kapur et al., Brain, 1996, 119, 1775-1790: Paradoxical functional facilitation in brain-behaviour research, a critical review）。
【０００５】
今日、ニューロンの電気活動パターンの調節（神経調節）は、電気刺激を通して誘発され得る。脳内に電気刺激を発生させるための現在の技術は、直接的な電気刺激、又は磁気コイルを通した電流の適用を通した電場の誘発のいずれかを利用する。
【０００６】
経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）は、脳活動及び運動技能に対する電気刺激の影響を試験するためにすでに使用されている。簡潔に言えば、ｔＤＣＳは、２つの異なる脳領域上のスポンジ電極を通して（一方はアノードによって刺激され、他方はカソードによって刺激される）、頭蓋表面上に連続的な微弱電流を適用することからなる。いくつかの試験において、頭蓋表面上に電極及び２ｍＡ未満の電流を３０分未満適用することによって、数学学習、作業記憶、言語学習、又は運動技能習得のような様々な課題を与えられた人々に、偽の刺激と比較して、この課題の成績の改善が観察されたことが示された（Filmer et al., Trends in Neurosciences, 2014, 37(12), 742-753: Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function）。米国国防総省の空軍研究所のチームは近年、軍事工作員の左背外側前頭前皮質（持続的注意、作業記憶、決断、企画、及び判断に関連している）に３０分間、２ｍＡのアノードｔＤＣＳを適用することにより、参加者の並行作業能力は有意に増強したことを実証した（Nelson et al., Front. Hum. Neurosci., 2016, 10:589: The effects of transcranial direct current stimulation on multitasking throughput capacity）。
【０００７】
経頭蓋直流電流刺激はまた、有益な神経効果を生じ、その結果、運動行動における、特に脳卒中の場合の運動能力リハビリにおけるが改善されることが示された（Madhavan et al., Frontiers in Psychiatry, 2012, 3(66), 1-9: Enhancing motor skill learning with transcranial direct current stimulation - a concise review with applications to stroke）。健康な人々では、電気刺激は、身体能力／身体能を増強、増加、又はアップグレードする手段と考えられている（Banissy et al., Frontiers in Human Neuroscience, 2013, 7(129), 1-3: Transcranial direct current stimulation in sports training: potential approaches）。
【０００８】
脳の電気刺激は、脳の活動／能力を増強させる興味深い方法である。近年、ニューロンを直接刺激するための光又は超音波の使用などの、非侵襲的な神経刺激技術が考えられている。
【０００９】
興味深いことに、独特な特性を有するナノ粒子が、ナノ材料−ニューロン界面において、無線で伝達された一次刺激を、局在化した二次刺激、一次電場、又は熱に変換するためのメディエーターとして探究されている（Wang Y. & Guo L. Nanomaterial-enabled neural stimulation. Frontiers in Neuroscience. 2016; vol. 10, Article 69）。こうして、量子ドットを使用して光−電気変換が示され、金ナノ材料を使用して光−熱変換が示され、磁気−電気ナノ粒子を使用して磁気−電気変換が示され、超常磁性ナノ粒子を使用して磁気−熱変換が示され、圧電ナノ材料を使用して音響−電気変換が示された。例えば、磁気−電気（ＭＥ）ナノ粒子は、圧電特性及び磁歪特性を示す複合ナノ粒子である。具体的には、例えばＣｏＦｅ２Ｏ４−ＢａＴｉＯ３ナノ粒子によって可能となったＭＥ効果は、２つの別個の材料の複合作用からもたらされる（すなわち、磁歪材料（ＣｏＦｅ２Ｏ４）及び圧電材料（ＢａＴｉＯ３））。より正確には、ＣｏＦｅ２Ｏ４−ＢａＴｉＯ３ナノ粒子が、磁場に曝されると、まず、磁歪材料は、その長さ（体積）を変化させ、これにより局所的応力を引き起こし、第二に、圧電材料は、この局所的な応力に対する反応として電気的分極（荷電）を生じる。どの磁歪材料も圧電材料も単独では磁場に曝された場合に、ＭＥ効果も電気的分極も発生することができない。これは、Grossinger R. et al.（Grossinger R.  et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320, 1972-1977: The physics of magnetoelectric composites）によって説明されている。
【００１０】
本発明は、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場／電気刺激に曝された場合に、脳の活動／能力の、増強、増加、若しくは改善に使用するための／増強、増加、若しくは改善のために使用するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を処置若しくは治療するための／その予防若しくは処置に使用するための、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物（ナノ粒子の凝集物）を扱う。電場は典型的には、経頭蓋電気刺激（ＴＥＳ）又は経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）を通して適用される。
【００１１】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、標準的な電気刺激技術を使用しつつ、ある脳領域及び／又は別の脳領域におけるニューロンネットワーク（群）に対する、加えられた電場の興奮性作用及び／又は抑制性作用を増強し、空間分解能（焦点性）を狭め、電場の侵入深さを増加させる。
【００１２】
さらに、本発明のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、加えられた電流、電圧、パルス幅、及び／又は振動数の減少を可能とし、それ故、加えられた／誘発された電流に関連した公知の毒性の可能性を低減する。
【００１３】
簡潔な説明
本明細書において有利には初めて、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場／電気刺激に曝された場合に、被験者における、脳の活動／能力の、増強、増加、若しくは改善に使用するための／増強、増加、若しくは改善の為に使用するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための／その予防若しくは処置に使用するための、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が記載されている。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は典型的には、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。
【００１４】
また、本明細書において、それを必要とする被験者における脳の活動／能力を増強、増加、若しくは改善するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための、組成物を調製するためのナノ粒子又はナノ粒子凝集物の使用が記載されている。
【００１５】
また、本明細書において、電場／電気刺激に曝された被験者における、脳の活動の、増強に使用するための／増強のために使用するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための、又はその予防若しくは処置に使用するための組成物を記載し、該組成物は、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物及び薬学的に許容される支持体を含むか又は、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物及び薬学的に許容される支持体からなり、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は典型的には、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。
【００１６】
さらに本明細書において、少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物（各々のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は典型的には、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される別個の材料からなる）を含むキット、並びに、典型的には被験者における脳の活動の増強における、又は脳の活動を増強するための方法における、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状の予防若しくは処置における、その使用が記載されている。
【００１７】
詳細な説明
ヒトの神経系は、約８００億個から１２００億個の神経細胞からなると推定されている（Herculano-Houzel S. Frontier in Human Neuroscience (2009), 3(31): 1-11: The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain）。ニューロン（すなわち神経細胞）の決定的な特徴は、活動電位の形で電気シグナルを伝達するその能力である。
【００１８】
ニューロン／神経細胞は、脳の基本連結点を構成している。ニューロン／神経細胞の構造は、核を含有しかつ樹状突起によって延長することのできる「神経細胞体（ｓｏｍａ）」又は「細胞体」、電気シグナルを伝達する「軸索（ａｘｏｎ）」、及びシナプス末端からなる軸索末端からなる。
【００１９】
神経細胞は、高度に構造化した神経ネットワークを形成し、互いに情報交換することができる。ニューロンは、シナプス結合を介して情報交換する。ニューロン内で、ナノ回路が、学習及び記憶及びニューロンの周期性の発生などの重要なニューロンの特性を媒介するための根幹となる生化学的機序を構成している。
【００２０】
マイクロ回路は、ほんのいくつかの相互結合したニューロンを用いて形成され得、反射の媒介、感覚情報の処理、自発運動の開始、並びに学習及び記憶の媒介などの知的な課題を遂行することができる。マクロ回路は、複数の埋め込まれたマイクロ回路からなる、より複雑なネットワークである。マクロ回路は、物体の認識及び認知などのより高次の脳機能を媒介する。よって、複数のレベルのネットワークが神経系を占める。
【００２１】
神経ネットワークの興奮性
ニューロンは、メッセージを電気化学的に送る（すなわち、化学物質／イオンが電気シグナルを引き起こす）。神経系において重要なイオンは、ナトリウム及びカリウム、カルシウム及び塩素である。ニューロンがシグナルを送っていない場合、それは「静止状態」にある。ニューロンが静止状態にある場合、ニューロンの内部は、外部に対して陰性である。様々なイオンの濃度が膜の両側で、様々なイオンの濃度が平衡をとろうとするが、細胞膜はほんのいくつかのイオンしかチャネル（イオンチャネル）を通過させないので、それらは平衡をとることができない。これらの選択的なイオンチャネルに加えて、２つのカリウムイオンを入れる毎に３つのナトリウムイオンをニューロン外に移動させるエネルギーを使用するポンプがある。最後に、これらの全ての力の均衡がとれて、ニューロンの内側と外側の間の電圧差が測定されれば、ニューロンの静止膜電位（「静止電位」とも呼ぶ）は約−７０ｍＶである。このことは、ニューロンの内側は、外側より７０ｍＶ低いことを意味する。静止時には、ニューロンの外側には比較的より多くのナトリウムイオンが存在し、ニューロンの内側にはより多くのカリウムイオンが存在する。活動電位（「スパイク」又は「インパルス」としても確認される）は、ニューロンが、軸索を下って細胞体から向こうへ情報を送る場合に起こる。このことは、いくつかの事象（刺激）が、０ｍＶの方向に静止電位の移動を引き起こすことを意味する。脱分極が約−５５ｍＶに達すると、ニューロンは活動電位を発火（ｆｉｒｅ）する。脱分極がこの臨界閾値レベルに達しない場合、活動電位は全く発火しない（オン／オフの機序）。また、閾値レベルに達すると、一定の振幅の活動電位が常に発火する。それ故、脱分極は閾値に達しないか、又は完全な活動電位が発生するかのいずれかである。
【００２２】
活動電位の伝播速度に大きなばらつきが見られる。事実、神経における活動電位の伝播速度は、１秒あたり１００メートルから、１秒あたり１０分の１メートル未満まで変化し得る。時定数はどれだけ早く膜が時間内に刺激に対して応答するかの指数であり、空間定数（同様に長さ定数）はどれだけ良好に電位が距離の関数として軸索に沿って広がるかの指数である。
【００２３】
神経ネットワーク内及び神経ネットワーク間の結合
脳内及び脳間の情報交換を調べるために使用される、結合ネットワークには３種類ある。構造的結合は、脳の領域と物理的に結合する線維径路（ｆｉｂｅｒ  ｔｒａｃｋｓ）の検出に基づく。これらは、シグナルが脳において移動することのできる経路の候補を示した解剖学的ネットワーク地図である。機能的結合は、相関した活動に類似した振動数、位相、及び／又は振幅を有する、脳領域内の活動であると同定される。実働的な結合は機能的結合の情報を使用し、ある神経系が別の神経系に対して有し得る直接的又は間接的な影響、より具体的には脳内の動的な情報の流れの方向を決定するためにさらに一歩進める（Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present.）。
【００２４】
ニューロンネットワーク内の同期化された活動は、脳磁図（ＭＥＧ）、脳電図（ＥＥＧ）、機能的磁気共鳴画像法（ＦＭＲＩ）、又は陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、次いでネットワーク結合分析を使用した画像によって検出され得る。ＭＥＧ（脳磁波）又はＥＥＧ（脳電図）が好ましい。なぜなら、それらは情報の動的流れを解明するための高い時間的分解能を有しているからである。脳の結合分析は、脳が機能するために必要とされる情報交換ネットワークを地図で示すために実施される。脳内の特定の領域は、特定の種類の情報を処理するために特化されている。イメージング技術により、これらの領域は結合し、脳内のネットワークを横断して他の特化された領域と情報交換することが判明した。「干渉性」（Bowyer et al.）は、振動している脳活動のニューロンパターンの同期化（同期にあるか又は同期化されている状態）の振動数及び振幅を定量化する数学的技術である。ニューロンの同期的活性化の検出を使用して、ヒト脳内における機能的結合の良好な状態又は完全性を決定することができる。機能的結合地図を、構造的結合画像に重ね合わせ、効果的な結合に由来する情報の流れの方向を使用することにより、脳がどのように機能するかの包括的な理解を提供する。
【００２５】
無傷の脳は、緩徐なデルタリズム（０．５〜４Ｈｚ）から、シータ（４〜８Ｈｚ）を通って、アルファ（８〜１２Ｈｚ）、ベータ（１５〜３０Ｈｚ）及びガンマ（３０〜７０Ｈｚ）の振動までの、生物の様々な「状態」に関連した、複雑な同期活動パターンを表わす。興味深いことには、皮質構造の解離培養液は、高密度に相互結合したニューロン集団における、ネットワークの発火（スパイク）及びバースト（スパイクの群れ）の出現、発生、及び広がりを支配する法則の検討のための簡便な系を与える。ネットワークの活動は、非侵襲的な方法で長期間にわたり、多電極アレイを使用した有限時間分解能で記録され得る。２次元の解離培養液を、脳内のネットワーク活動の形成及び維持を支配する法則を研究するための実行可能なテスト体系として使用することができ、これにより、無傷の脳内では取り組むことができない仮説のテストが可能となる（Cohen E. et al., Brain Research, 2008, 1235, 21-30: Determinants of spontaneous activity in networks of cultured hippocampus）。
【００２６】
ヒトの精神的な能力又は脳の活動、例えば知能は特に複雑である。機序の観点からのこれらの能力の解明は、それらの増強を促進する可能性を有する。脳造影図及び事象に関連した電位を使用した研究は、神経伝達の速度及び信頼性は、より高度な活動、典型的にはより高度な知能に関連していることを示す。ＰＥＴを使用した初期の神経イメージング研究では、知能が精神活動中の脳内ブドウ糖代謝と負に相関していたことが発見され、これにより、「神経の効率」仮説が考案された。この仮説によると、より知能の高い個体は、所与のレベルで遂行する際に費やすニューロンの資源がより少ない。判断及び新規な問題を解決する能力の意味での知能は、前頭前皮質外側部の完全性、構造、及び機能、並びにおそらく他の領域の完全性、構造、及び機能にも一貫して連関している。知能の神経基盤に関する未解決な疑問としては、とりわけ、精神測定された知能（すなわち、典型的には応答の正確性（速さではない）を評価する、ＩＱタイプのテストによって測定されるような知能）と、（ｉ）脳電図に基づいた試験によって示されるような作業記憶ネットワーク成分間の機能的結合性、及び（ｉｉ）神経可塑性（すなわち、経験に応答した神経系の主要な結合的変化を含み、かつヒトにおいて成人した時に作動を停止することが観察される、プロセスを指すために使用される）との間の関係が挙げられる。神経結合の発達は、知能の発達と一致していることが報告された（Gray J.R. et al., Nature Review Neuroscience, 2004, 5, 471-482: Neurobiology of intelligence: science and ethics; Garlick D., Psychological Review, 2002, 109(1), 116-136: Understanding the nature of general factor of intelligence: the role of individual difference in neural plasticity as an explanatory mechanism.）。
【００２７】
ニューロン間の情報交換は実際に、知覚、記憶、及び動作などのより高次な脳機能にとって不可欠である（Massobrio P et al. Neural Plasticity, 2015, Article ID 196195, In vitro studies of neuronal networks and synaptic plasticity in invertebrates and in mammals using multi electrode arrays）。結合の形成及び発達は学習プロセスにおいて重大であると推定されているので、それらの保護は記憶にとって不可欠であるようである。シナプス可塑性は、学習及び記憶などの認知プロセスに昔から関与している。ネットワークレベルでのシナプス可塑性は、経時的な情報を、空間に分配されたシナプス修飾パターンへと変換し保管する分配機序を提供する。何かを学ぶ度に、ネットワークは新たな結合を発達させ、新たに学んだ事実を取り込む。電気刺激は、ネットワーク同期化の改変を効果的に誘発することができ、特に発火率及びバースト率の両方を高めることによってネットワークバースト特性に影響を及ぼすことが知られている。さらに、この種類の自発的な活動により調整された刺激後に、最も強い結合は、ネットワーク内の他の結合と比較してその強度をさらに増加させることによって応答する。この機序は、より情報価値があり、全体的なネットワーク活動にとって関連性のある結合を保存するようである。Chiappalone et al.（European Journal of Neuroscience, 2008, 28, 221-237: Network plasticity in cultured cortical assemblies）は、０．２Ｈｚの低い同調振動数又は１Ｈｚの等振動数の共活性化を伴う又は伴わない高振動数の強縮刺激の適用により、全ネットワークのシナプス増強を誘発することができることを発見した。ネットワーク応答は、シナプス増強のために明らかに増加し、これはネットワークの効果的な結合の数の増加に着目することによって認めることができる（Poli D. et al. Frontiers in Neural Circuits., 2015, 9, article 57: Functional connectivity in in vitro neuronal assemblies）。Le Feber et al.（PLoS ONE, 2010, 5(1), e88871: The effect of slow electrical stimuli to achieve learning in cultured networks of rat cortical neurons）は、成熟発達段階の皮質培養液に、０．２〜０．３３Ｈｚの振動数の二相性電流パルスを適用して、ネットワークの機能的結合の改変の可能性、及び結果としてのシナプス可塑性を調べた。彼らは、電気的刺激が、機能的連結（結合）の数、及び変化の平均的な大きさに影響を及ぼしたことを発見した。
【００２８】
ニューロン間の効果的な結合は、例えば、Chiappalone et al.（European Journal of Neuroscience, 2008, 28, 221-237: Network plasticity in cultured cortical assemblies）に提示されているような解離神経培養液上の多電極アレイ、又は当業者には周知であるイメージング法、例えばシナプス結合に関する構造的情報を提供する電子に基づいたイメージング法、典型的には電子顕微鏡（ＥＭ）、例えばシリアルブロックフェイス電子顕微鏡（ＳＢＦＥＭ）、連続切片走査型電子顕微鏡（ＳＳＳＥＭ）、自動透過型電子顕微鏡（ＡＴＥＭ）など；光子に基づいたイメージング法、例えば「Ｂｒａｉｎｂｏｗ法」（Lichtman JW et al.,  Curr Opin Neurobiol, 2008,  22, 144-153: Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?; Cai D., et al., Nat Methods, 2013,  10(6), 540-547: Improved tools for the Brainbow toolbox)、「アレイ・トモグラフィー」（ＡＴ）(Micheva KD., et al., 2007, Neuron,  55, 25-36: Array tomography: a new tool for imaging the molecular architecture and ultrastructure of neural circuits; Micheva KD., et al., 2010, Neuron, 68, 639-653: Single-synapse analysis of a diverse synapse population: proteomic imaging methods and markers）、シナプスパートナー間に渡るＧＦＰ（緑色蛍光蛋白質）の再構成法（GFP reconstitution across synaptic partners）（「ＧＲＡＳＰ」）、特に哺乳動物ＧＲＡＳＰ「ｍＧＲＡＳＰ」（Kim J, et al., 2012, Nat Methods, 9(1), 96-102: mGRASP enables mapping mammalian synaptic connectivity with light microscopy; Feng L, et al., 2012, Bioinformatics, 28, i25-i31: Improved synapse detection for mGRASP-assisted brain connectivity.）、狂犬病ウイルスによるシナプス経由追跡（Osakada F, et al., 2011, Neuron, 71, 617-631: New rabies virus variants for monitoring and manipulating activity and gene expression in defined neural circuits; Wickersham IR, et al., 2007, Nat Methods, 4(1), 47-49: Retrograde neuronal tracing with a deletion-mitant rabies virus; Wickersham IR, et al., 2007, Neuron, 53(5), 639-647: Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single, genetically targeted neurons）、蛍光選択的平面照明顕微鏡法（ｆＳＰＩＭ）、好ましくは「ＣＬＡＲＩＴＹ」（Chung K, et al., 2013,  Nature, 497 (7449), 332-337: Structural and molecular interrogation of intact biological systems）などの透明化法と組み合わせたｆＳＰＩＭ（Tomer R, et al., 2012 Nat methods, 9, 755-763: Quantitative high-speed imaging of entire developing embryos with simultaneous Multiview light-sheet microscopy; York AG, et al., 2012, Nat Methods, 9(7), 749-754: Resolution doubling in live, multicellular organisms via multifocal structured illumination microscopy.)；並びに、シナプス強度の測定と一緒にシナプス結合の空間的分布の地図作成を可能とする、チャネル・ロドプシン及び／又は２光子顕微鏡カルシウムイメージング法などの光遺伝子的方法（Petreanu L, et al., 2007,  Nat Neurosci, 10, 663-668: Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections; Wang H, et al., 2007, Proc Natl Acad Sci USA, 104, 8143-8148: High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation in channelrhodopsin-2 transgenic mice）、並びに様々なインプットによって刺激される活性シナプスの検出（Little JP, et al., 2012, J Neurosci: Off J Soc Neurosci, 32(37), 12808-12819: Subcellular synaptic connectivity of layer 2 pyramidal neurons in the medial prefrontal cortex; MacAskill AF, et al., 2012,  Nat Neurosci, 15(12), 1624-1626: Subcellular connectivity underlies pathway-specific signaling in the nucleus accumbens）；又は、これらの様々な方法の任意の組合せ（Yook C. et al., Cellular and Molecular Life Sciences, 2013, 70, 4747-4757: Mapping mammalian synaptic connectivity）を使用して検出され得る。
【００２９】
ネットワーク活動の変化は、２−アミノ−３−（５−メチル−３−オキソ−１，２−オキサゾール−４−イル）プロパン酸（ＡＭＰＡ）グルタメート受容体サブユニット（興奮性シナプスに見られる棘突起上に存在する）の密度の変化を誘発する。このような攪乱は、ニューロンネットワーク内の、活動電位の蓋然性及び結果として起こる発火率に影響を及ぼし得る。これらのタイプのシナプス調節は、学習及び記憶に関連して観察されており、長期増強（ＬＴＰ）として知られる記憶の神経基質の根幹をなすと考えられる。Niedringhaus M. et al.（PLoS ONE, 2013, 8(3), e57144: Synaptic Potentiation Facilitates Memory-like Attractor: Dynamics in Cultured In Vitro Hippocampal Networks）は、薬理学的薬剤であるフォルスコリン（５０mM）及びロリプラム（１００nM）を培養海馬ニューロンに導入することにより、化学物質による長期増強（ＬＴＰ）を誘発させた場合に生じる、経時的なネットワーク活動を記載した。著者らは、化学物質によるＬＴＰ後にスパイク活動及びバースト活動の大きな増加を観察した。さらに、化学物質によるＬＴＰの後、バーストが集中発生して、より短い持続時間及びより高い振動数を有する強固に構築された事象発現（ｅｐｉｓｏｄｅ）となるようである。化学物質によるＬＴＰ処置を経験した全ての電極間においてスパイク間隔の変動係数は均一に減少した。それ故、それらの結果は、高まった増強によって刺激される、シナプスでの分子的調節により、それらが持続的な活動を示す緻密に圧縮された事象発現を形成するので、バーストが再構築されたことを示唆した。発達中のバーストは重要である。なぜなら、それらは、発達中のニューロンにおける正常な機能を促進し、これは次いで、存立できる結合を作り出すのを補助するからである。これらの複合的な結果は、シナプス増強が、バースト特性の再構築に関与していたことを実証した。これらの再構築されたバーストは、ネットワーク内の情報保管を促進する。
【００３０】
大脳皮質の構造
皮質ニューロンには２つの大きなクラスがある：すなわち、短距離の局所的な結合しか作らない「抑制性ニューロン」又は「介在性ニューロン」；及び、軸索を遠位の皮質内標的、皮質下標的、及び大脳下標的まで伸ばす、「興奮性ニューロン」又は「投射ニューロン」又は「錐体ニューロン」である。「抑制性ニューロン」又は「介在性ニューロン」は、皮質ニューロンの少数派（２０％）を構成し；大半は、「錐体ニューロン」に含まれる（Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex）。投射ニューロンは、新皮質の様々な領域間及び脳の他の領域へと情報を伝達するグルタミン酸作動性ニューロンである（Bikson et al., J Physiol, 2004, 557(1), 175-190: Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro）。投射ニューロン又は錐体ニューロンは、典型的には表面上に突き出た、それらの突出した尖端樹状突起により、錐体の形態となっていることにちなんで命名されている。慣例では、ニューロンは、その細胞体（すなわち「神経細胞体」）が存する層に「属する」。たとえ、ニューロン間の尖端樹状突起と基底樹状突起が、いくつかのより多くの層にまたがり、より広い範囲のシグナルを拾うとしてもそうである（Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex）。
【００３１】
大脳皮質の灰白質は、ヒトにおいて２〜３mm厚であるが数百平方センチメートルの表面積を有する、入り組んだ重層した組織シートである（Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex）。大脳皮質には６つの主要な層が認められている：
−第Ｉ層の分子層は、僅かな孤立散在性のニューロンを含有し、主に錐体ニューロンの尖端樹状突起の房状分岐の伸長、及び水平方向の軸索、並びにグリア細胞からなる；
−第ＩＩ層の外顆粒層は、主に、小サイズ及び中間サイズの錐体ニューロン並びに数多くの星状ニューロンを含有している；
−第ＩＩＩ層の外錐体層は、主に、小サイズ及び中間サイズの錐体ニューロン、並びに、垂直方向の皮質内軸索を有する非錐体状ニューロンを含有している；
−第ＩＶ層の内顆粒層は、様々な種類の星状ニューロン及び錐体ニューロンを含有している；
−第Ｖ層の内錐体層は、皮質を出て皮質下構造（大脳基底核など）まで下る軸索を生じる、大きな錐体ニューロンを含有している。前頭葉の一次運動皮質における第Ｖ層は、細胞を含有し、その軸索は、内包、脳幹、及び皮質脊髄路を形成している脊髄を通って移動する。これは、自発的な運動制御のための主な経路である；及び
−第ＶＩ層の多形態層又は多形層は、僅かな大きな錐体ニューロン及び多くの小さな紡錘様錐体ニューロン及び多形ニューロンを含有し；第ＶＩ層は、遠心性線維を視床に送り、皮質と視床との間に非常に正確な互恵的な相互結合を確立する。これらの層は、大脳皮質の様々な領域において発達差があり、例えば、錐体層は、運動中枢及び大脳皮質の感覚中枢内の顆粒層においてより発達している。
【００３２】
電気刺激を用いた皮質の興奮性の調節
経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）は、頭蓋表面上に置かれた電極（１つのアノード及び１つのカソード）の関与する、大脳皮質の電子刺激技術である。したがって、ｔＤＣＳは、ニューロンネットワーク（群）における皮質興奮性及び可塑性変化の調節を誘発する。
【００３３】
ｔＤＣＳにおいて使用される電流は、極性に依存して自発的なニューロン活動を調節する。アノードによる表面刺激は典型的には、皮質における内向き電流を生じ、これは、錐体皮質ニューロンの神経細胞体の脱分極及び尖端樹状突起の過分極に起因すると予想される一方、カソードによる表面刺激は典型的には、皮質における外向き電流を生じ、これは、錐体皮質ニューロンの神経細胞体の過分極及び尖端樹状突起の脱分極をもたらすと予想される（Kadosh RC, “The stimulated brain”, 2014、Elsevier編）（図１参照）。
【００３４】
ニューロンの分極性はまた、ニューロンの軸索に対する、加えられた電場の方向にも依存し得る（Bikson et al., J Physiol, 2004, 557, 1, 175-190: Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro）。様々な電極の配置が存在し、その結果、様々な種類の刺激及び電流がもたらされる（図２参照）。アノードによって刺激される脳領域は、その神経活動が興奮する／促進される領域を構成する一方、カソードによって刺激される脳領域は、その神経活動が抑制される領域を構成する（Kadosh RC, “The stimulated brain”, 2014、Elsevier編）（図３参照））。
【００３５】
本明細書において有利には初めて、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場／電気刺激に曝された場合に、脳の活動／能力の増強、増加、若しくは改善に使用するための／増強、増加、若しくは改善するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは治療するための／その予防若しくは治療に使用するための、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が記載されている。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は典型的には、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。
【００３６】
典型的な態様では、本明細書に記載されたナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、被験者の身体能力の増強に使用するための／増強のために使用するための、又は認知能力、すなわち、学習、記憶、知覚、注意力、及び／又は決断力の増強に使用するための／増強のために使用するものである。
【００３７】
例えば、過去一世紀にわたる大半の研究は、参加者は誰も、９つの点問題、すなわち、ペンを紙から持ち上げることなく又は線を引き返すことなく引かれた４本の直線を用いて繋ぐことからなる問題である、９つの点問題を解決できないことを見出している。Chi et al.は、ｔＤＣＳ（特別な立体配置の電極を用いた１．６ｍＡの直流電流）の１０分間の適用により、参加者の４０％超（計２２人の参加者）が問題を解決することが可能となることを示す（Chi et al., Neuroscience Letters, 2012, 515, 121-124: Brain stimulation enables the solution of an inherently difficult problem）。別の種類の問題、すなわち「マッチ棒を使った算数」（参加者は、棒を追加することも又は捨てることもなく、１本の棒を、ある位置から別の位置へと移動することによって、マッチ棒から作成されたローマ数字で提示された、虚偽の数字の表示を修正するように尋ねられた）を用いての別の実験は、ｔＤＣＳを用いての電気刺激のお蔭で問題解決が同じように促進されることを実証している（Chi et al., PLOS One, 2011, 6(2), e16655: Facilitate insight by non-invasive brain stimulation）。
【００３８】
運動機能の増強（これはその後、身体能力の増強をもたらす）は、脳機能を改善するための１つの面白い適用である。運動皮質の特定の領域を刺激することによって、微細運動技能の増加、並びに、疲労及び易怒性などの粗大運動特性の調節がヒト被験者において実証された。Vines et al.及びCuypers et al.は、ｔＤＣＳ及び手指軽打課題を使用して、改善された運動技能及び運動学習を示している。Vinesの研究では、参加者は、キーボード上のキーを用いてスクリーン上の数字を一致させなければならず、各キーは特定の指に割り当てられている。両半球刺激を受けた参加者は、単半球刺激又は偽の刺激を受けた参加者と比較して、課題を完成させる場合に、より迅速でかつより正確であり、より多くの応答及びより高い割合の正しい応答の両方を生じた（Vines et al., BMC Neuroscience, 2008, 9, 103, 1-7: Dual-hemisphere tDCS facilitates greater improvements for healthy subjects’ non-dominant hand compared to uni-hemisphere stimulation）。Cuypers et al.は、高めた刺激（１．５ｍＡ対１ｍＡ）がどのように運動学習に影響を及ぼすのかをテストするために類似した実施計画を使用した。ここで、研究者らは、高めた刺激が、課題を完成させる場合に、速度及び正確性のさらなる増加をもたらしたことを示して、Vines et al.の知見を再現した（Cuypers et al., PLOS One, 2013, 8(6), e67344: Is motor learning mediated by tDCS intensity?）。
【００３９】
したがって、電気刺激は、本明細書において、身体能力／体力、より具体的には、スポーツトレーニングにおける身体能力／体力の増強、増加、又はアップグレードするための手段として記載されている（Banissy et al., Frontiers in Human Neuroscience, 2013, 7(129), 1-3: Transcranial direct current stimulation in sports training: potential approaches）。
【００４０】
電気刺激
本発明の脈絡において、電場は好ましくは、経頭蓋電気刺激又は経頭蓋磁気刺激を通して適用される。
【００４１】
大脳皮質まで到達させたい場合、電気刺激は表面上で行なわれる（電場の侵入深さは、通常、皮膚表面から２cm以下であり；特別な技術（経頭蓋磁気刺激のための特別なコイル）を用いれば、電場は５cmの深さまで到達することができる）。このような電場を提供する技術としては典型的には、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）、反復経頭蓋磁気刺激（ｒＴＭＳ）、経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）、高精細経頭蓋直流電流刺激（ＨＤ−ｔＤＣＳ）、経頭蓋電気刺激（ＴＥＳ）、経頭蓋交流電流刺激（ｔＡＣＳ）、経頭蓋パルス電流刺激（ｔＰＣＳ）、及び経頭蓋ランダムノイズ刺激（ｔＲＮＳ；ランダムな振幅及び振動数と連動した交流電流）が挙げられる。臨床試験で最も広く使用され本発明の脈絡において好ましいのは、ＴＭＳ及びｔＤＣＳである。
【００４２】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、正常な脳機能及び病的な脳機能の研究並びに神経障害の処置をはじめとする、数多くの研究及び治療適用のために使用されているか又は調べられ、本発明の脈絡において使用可能である、非侵襲的な技術である。ＴＭＳは、電磁気誘導を介して脳内に電場を発生させるために被験者の頭部に配置されたコイルに送達される短時間で強力な電流パルスを使用する。誘導された電場は神経の膜電位差を調節し、これにより、神経活動を調節する。脳内の活性化の位置は、およそ、誘導された電場が最大である領域内であり；この位置は、次いで、刺激するコイルの幾何学的配置及び配置に依存する。関心ある対象の２つの電場の空間的特色は、侵入深さ及び焦点であり、これはどちらもコイルの幾何学的配置に依存し、当業者によって容易に決定可能である。
【００４３】
経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）
経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）は、本発明の脈絡において使用可能である非侵襲的な技術であり、ここでの脳刺激は、皮質の興奮性の変化をもたらす直流電流により行なわれる。ｔＤＣＳは、典型的には２０〜３５cm２の２つの電極（アノード／カソード）を介して頭部に直接適用される、低強度（０．５〜２ｍＡ）の一定電流を使用する。一方の電極（基準電極）を、前頭上（眼窩上隆起の上）に配置することができ、他方の電極（活性電極）を、反対側半球上、一般的には、設計に応じて、運動皮質（ＭＩ）又は側背面前頭前皮質上に配置することができる。刺激の持続時間は、２０〜４０分間であることが最も多い。一部の電流が脳に侵入し、加えられた１ｍＡあたり約０．３Ｖ／ｍのピーク電場を生じる。ｔＤＣＳの最中に発生した持続的な電場は、神経膜電位差を改変し、興奮性のレベル及びシナプスインプットに対する応答性に影響を及ぼし得、個々のニューロンの発火率を調節する。興奮性の増加は、アノードによる刺激で起こり、一方、興奮性の低下は典型的にはカソードによる刺激で起こる。
【００４４】
ナノ粒子
本明細書において、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が電場に曝された場合に、被験者における脳の活動の増強に本発明に従って使用するための／脳の活動を増強するための本発明に従った使用のための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための／その予防若しくは処置に使用するための、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が記載され、ここで、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は典型的には、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。
【００４５】
ナノ粒子の組成
伝導体材料から調製されたナノ粒子
伝導体材料から調製されたナノ粒子は、有機ナノ粒子又は無機ナノ粒子である。
【００４６】
伝導体材料から調製された無機ナノ粒子は、典型的には標準水素電極に関して２５℃及び１気圧で測定された場合に約０．０１以上である標準還元電位Ｅ°値を有する金属元素（“reduction reactions having E° values more positive than that of the standard hydrogen electrode”, 8-25, Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 第８８版の表２参照）、より好ましくは約０．１、０．２、０．４、又は０．５以上である標準還元電位Ｅ°値を有する金属元素を用いて典型的には調製される。ナノ粒子の調製のために使用される典型的な金属元素は、Ｔｌ、Ｐｏ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、及びその混合物から選択され得る。好ましくは、ナノ粒子の調製のための伝導体材料として使用可能な金属元素は、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、及びその混合物から選択される。
【００４７】
伝導体材料から調製された有機ナノ粒子は典型的には、その構造内に連続したｓｐ２混成炭素中心を有する有機材料（すなわち、炭素二重結合、又は芳香族環内若しくは芳香族環外にヘテロ原子、典型的にはＮ若しくはＳを含む芳香族環）を用いて調製される。好ましい有機材料は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリピレン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、及び／又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネートから選択される。
【００４８】
半導体材料から調製されたナノ粒子
半導体材料から調製されたナノ粒子は典型的には、無機ナノ粒子である。無機ナノ粒子は典型的には、その価電子帯と伝導帯の間に比較的小さなエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）を示す半導体材料を用いて調製される。典型的には、半導体材料は、典型的には室温（２５℃）で測定した場合に、３．０ｅＶ未満のバンドギャップＥｇを有する。特定の態様では、材料は、本明細書において以下にさらに説明されているような、真性半導体材料又は外因性半導体材料である。
【００４９】
真性半導体材料は典型的には、メンデレーエフ周期表の第ＩＶ Ａ族の元素、例えばケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）、メンデレーエフ周期表の第ＩＩＩ族及び第Ｖ族の元素の混合組成物、例えばＡｌＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＩｎＮなど、又はメンデレーエフ周期表の第ＩＩ族及び第ＶＩ族の元素の混合組成物、例えばＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅなどからなる。
【００５０】
外因性半導体材料は典型的には、高い化学的純度で調製された真性半導体材料を含むか又は、高い化学的純度で調製された真性半導体材料からなり、ここでの真性半導体材料は、ドーパントを含む。特定の態様では、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の外因性半導体材料がメンデレーエフ周期表の第ＩＶＡ族の元素からなる場合、それに、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ及びＰから選択された荷電担体をドーピングする。このような外因性半導体材料は、陰性電荷担体が優勢であるｎ型、又は陽性荷電担体が優勢であるｐ型のいずれかであり得る。典型的な外因性ｐ型半導体材料は、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、及びインジウム（Ｉｎ）から選択された荷電担体をドーピングされたケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）からなり；典型的な外因性ｐ型半導体材料は、典型的にはリン（Ｐ）をドーピングされたケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）からなる。
【００５１】
高い比誘電恒数（relative dielectric constant）［比誘電率（relative permittivity）］、すなわち２００以上の比誘電恒数を有する絶縁体材料から調製されたナノ粒子
典型的には室温（２５℃）で測定された場合に約３．０ｅＶ以上のバンドギャップＥｇ、及び高い比誘電恒数（relative dielectric constant）εｉｊｋ［比誘電率（relative permittivity）とも命名される］を有する、絶縁体材料から調製されるか又は、該絶縁体材料からなるナノ粒子は典型的には、２０℃〜３０℃及び１０２Ｈｚから最大で赤外振動数までの間に測定された、２００以上の比誘電恒数εｉｊｋを有する材料を用いて調製される（例えば、 “Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973の表１２〜４５参照、）。
【００５２】
このようなナノ粒子は、典型的には、好ましくはＢａＴｉＯ３、ＫＴａＮｂＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、及びＢａＳｒＴｉＯ３などから選択された混合金属酸化物である誘電材料、好ましくはＢａＴｉＯ３、ＫＴａＮｂＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、及びＢａＳｒＴｉＯ３などから選択された混合金属酸化物である誘電材料を用いて調製される。
【００５３】
低い比誘電恒数（relative dielectric constant）［比誘電率（relative permittivity）］、すなわち１００以下の比誘電恒数を有する絶縁体材料から調製されたナノ粒子
低い比誘電恒数を有する絶縁体材料から調製されるか又は、該絶縁体材料からなるナノ粒子は、室温（２５℃）で測定された場合に、典型的には約３．０ｅＶ以上のバンドギャップＥｇ、及び典型的には２０℃〜３０℃及び１０２Ｈｚから最大で赤外振動数までの間に測定された、１００以下、好ましくは５０以下又は２０以下の比誘電恒数εｉｊｋを有する材料を用いて調製される（例えば、“Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973の表１２〜４５参照）。
【００５４】
このようなナノ粒子は、金属酸化物、混合金属酸化物、メンデレーエフ周期表の周期第３、第５、若しくは第６又はランタニドに由来する金属元素、及び炭素材料から選択された誘電材料を用いて調製されるのが典型的である。誘電材料は好ましくはＡｌ２Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｙ２Ｏ３、及び炭素ダイアモンドから選択される。
【００５５】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の形状
粒子又は凝集物の形状はその「生体適合性」に影響を及ぼす可能性があるので、極めて均一な形状を有する粒子又は凝集物が好ましい。薬物動態の理由から、したがって、実質的に球形、円形、又は卵形の形状であるナノ粒子又は凝集物が好ましい。このような形状はまた、ナノ粒子又は凝集物と細胞との相互作用、又は細胞による取り込みに有利に働く。球状又は円形状が特に好ましい。
【００５６】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の形状は典型的には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して評価される。
【００５７】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の寸法又はサイズ
本発明の精神において、「ナノ粒子」又は「ナノ粒子凝集物」という用語は、典型的には１nmから５００nmのナノメートル範囲のサイズ、典型的には１nmから５００nmの範囲のサイズを有する製品、特に合成品を指す。
【００５８】
「ナノ粒子凝集物」又は「ナノ粒子」という用語は、強力に結合したナノ粒子の集合体、典型的には共有結合によって互いに結合したナノ粒子の集合体を指す。
【００５９】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物のサイズを測定することができる。同様に、動的光散乱（ＤＬＳ）を使用して、溶液中のナノ粒子又はナノ粒子凝集物の流体力学的直径を測定することができる。これらの２つの方法をさらに交互に使用して、サイズの測定値を比較し、該サイズを確認することができる。好ましい方法はＤＬＳであり（International Standard ISO22412 Particle Size Analysis- Dynamic Light Scattering, International Organisation for Standardisation (ISO) 2008参照）、溶液中のナノ粒子又はナノ粒子凝集物の平均の流体力学的直径は強度で示される。
【００６０】
典型的には、最大の寸法又はサイズは、円形状若しくは球形状のナノ粒子の直径、又は卵形状又は楕円形状のナノ粒子の最大の長さである。
【００６１】
本明細書において定義されているようなナノ粒子又は凝集物の最大の寸法は典型的には、約２nmから約２５０nm、好ましくは約４nm又は１０nmから約１００nm又は約２００nm、さらにより好ましくは約１０nmから約１５０nmである。
【００６２】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の生体適合性コーティング
好ましい実施態様では、関心ある対象の組成物を調製するために本発明の脈絡において使用されるナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、秘匿特性を示す物質から選択された生体適合性材料でコーティングされていてもよい。秘匿特性を示す物質は、立体基を呈する物質であり得る。このような基は、例えば、ポリアクリレート；ポリアクリルアミド（ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド））；ポリカルバミド；バイオポリマー；多糖、例えばデキストラン又はキシラン；及びコラーゲンから選択され得る。別の好ましい実施態様では、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、生物学的標的との相互作用を可能とする化学物質から選択された生体適合性材料でコーティングされていてもよい。このような化学物質は典型的には、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面上に正電荷又は負電荷をもたらし得る。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面上に正電荷を形成する化学物質は、例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン又はポリリジンであり得る。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面上に負電荷を形成する化学物質は、例えば、ホスフェート（例えば、ポリホスフェート、メタホスフェート、ピロホスフェートなど）、カルボキシレート（例えばクエン酸又はジカルボン酸、特にコハク酸）、又はサルフェートであり得る。
【００６３】
好ましい実施態様では、本発明の脈絡において使用されるナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、親水性中性表面荷電を呈するか、又は、ナノ粒子に中性表面荷電を付与する親水性化学物質から選択された生体適合性材料（すなわちコーティング剤）でコーティングされている。実際に、本発明のナノ粒子が被験者に投与されるとき、電気刺激／電場に曝された場合における、本明細書に記載のナノ粒子の使用を最適化するのに、親水性中性表面荷電を呈するナノ粒子又はナノ粒子に中性表面荷電を付与する親水性化学物質から選択された生体適合性物質でコーティングされているナノ粒子が特に有利である。
【００６４】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物に中性表面荷電を付与する親水性化学物質は、アルコール（Ｒ−ＯＨ）、アルデヒド（Ｒ−ＣＯＨ）、ケトン（Ｒ−ＣＯ−Ｒ）、エステル（Ｒ−ＣＯＯＲ）、酸（Ｒ−ＣＯＯＨ）、チオール（Ｒ−ＳＨ）、糖（例えばブドウ糖、フルクトース、リボース）、無水物（ＲＣＯＯＯＣ−Ｒ）及びピロールから選択された官能基を示す化学物質であり得る。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物に中性表面荷電を付与する親水性化学物質は、モノマー、ダイマー、オリゴマー、ポリマー、又はコポリマーであり得る。該化学物質がオリゴマーである場合、それはシクロデキストリンなどのオリゴ糖であってもよい。該化学物質がポリマーである場合、それはポリエステル（例えばポリ（乳酸）又はポリヒドロキシアルカン酸）、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリカプロラクトン、ポリビニルピロリドン、多糖（例えばセルロース）、ポリピロールなどであり得る。
【００６５】
さらに、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物に中性表面荷電を付与する親水性化学物質は、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面と相互作用することのできる特定の基（Ｒ−）を示す化学物質であり得る。Ｒは典型的には、チオール基、シラン基、カルボキシル基、及びホスフェート基から選択される。
【００６６】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が、伝導体又は半導体であり、金属ナノ粒子である場合、Ｒは好ましくはチオール基、チオエーテル基、チオエステル基、ジチオラン基、又はカルボキシル基である。好ましくは、親水性中性コーティング剤は、チオグルコース、２−メルカプトエタノール、１−チオグリセロール、チオジグリコール、及びヒドロキシ酪酸から選択される。
【００６７】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が、絶縁体であり、酸化物又は混合酸化物のナノ粒子である場合、Ｒは、好ましくはシラン基又はホスフェート基である。好ましくは、親水性中性コーティング剤は、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン、フルクトース−６−ホスフェート、又はグルコース−６−ホスフェート化合物である。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物に中性表面荷電を付与する親水性化学物質は、双性イオン性化合物、例えばアミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、ビタミン、又はリン脂質であり得る。
【００６８】
ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面荷電は典型的には、当業者によって周知であるようにゼータ電位測定によって決定され、典型的には０．２〜１０ｇ/Ｌのナノ粒子濃度、ｐＨ６〜８の水中で、典型的には０．００１〜０．２Ｍ、例えば０．０１Ｍ又は０．１５Ｍの水中濃度で電極を加えることによって行う。上記に定義された条件下で、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の表面荷電は典型的には、−１０ｍＶから＋１０ｍＶ（中性表面荷電に相当する）、−２０ｍＶから＋２０ｍＶ、又は−３５ｍＶから＋３５ｍＶである。
【００６９】
ナノ粒子が親水性中性表面荷電を呈する場合、ナノ粒子又は凝集物の完全な生体適合性コーティングは、本発明の脈絡において、ナノ粒子表面上の全ての電気荷電を避けるために有利であり得る。「完全なコーティング」は、粒子表面上に少なくとも完全な単層を作り出すことのできる非常に高密度／緻密な生体適合性分子の存在を意味する。
【００７０】
生体適合性コーティングは特に、医薬の投与に必要とされる生理学的液体（血液、血漿、血清など）又は任意の等張媒体若しくは生理学的媒体などの液体におけるナノ粒子の安定性を可能とする。
【００７１】
安定性は、乾燥機を使用した乾燥抽出物の定量によって確認することができ、濾過、典型的には０．４５μmのフィルター上での濾過の前後でのナノ粒子懸濁液で測定することができる。
【００７２】
有利には、コーティングは、生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）における粒子の完全性を保ち、その生体適合性を確保又は改善し、その任意選択な官能基化（例えば、スペーサー分子、生体適合性ポリマー、標的化学物質、タンパク質などを用いての官能基化）を容易にする。
【００７３】
本発明の生体適合性の粒子又はナノ粒子凝集物は、生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）で投与された後（すなわち生理学的ｐＨで）毒性種を溶解及び放出せず、電気的刺激の非存在下では酸化還元挙動も示さない。
【００７４】
本明細書に記載された別の特定の目的は、本明細書で上記に定義されているようなナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含む、好ましくは薬学的に許容される担体又はビヒクルと共に含む、組成物、特に医薬組成物に関する。
【００７５】
特に、本明細書において、電場に曝された被験者における、脳の活動の増強に使用するための／脳の活動の増強のために使用するための、又は本明細書に記載のような病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための／その予防若しくは処置に使用するための、組成物が記載され、ここでの該組成物は、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物及び薬学的に許容される支持体を含むか又は、ナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物及び薬学的に許容される支持体からなり、ここでのナノ粒子又はナノ粒子凝集物の材料は典型的には、本明細書において上記に説明されているような、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される。
【００７６】
好ましい態様では、前記組成物は、少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含むか又は、少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物からなり、各ナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、典型的には伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から選択される別個の材料からなる。
【００７７】
前記組成物は、固体、液体（粒子の懸濁液）、エアゾール、ゲル、ペーストなどの形態であり得る。好ましい組成物は、液体形又はゲル形である。特に好ましい組成物は液体形である。
【００７８】
使用される薬学的に許容される支持体又は担体は、当業者にとって任意の標準的な支持体、例えば食塩水、等張無菌緩衝化溶液、非水性ビヒクル溶液などであり得る。
【００７９】
前記組成物はまた、安定化剤、甘味剤、界面活性剤、ポリマーなどを含み得る。それは、例えば、当業者には公知の医薬製剤の技術を使用することによって、アンプル剤、エアゾール剤、瓶剤、錠剤、カプセル剤として製剤化され得る。
【００８０】
本発明のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、頭蓋内、静脈内（ＩＶ）、気道（吸入）、くも膜下腔内、眼内、又は口腔内経路（経口）などの様々な可能な経路を使用して、好ましくは頭蓋内又はくも膜下腔内を使用して被験者に投与され得る。ナノ粒子又はナノ粒子凝集物の反復注射又は投与が適宜、実施されてもよい。
【００８１】
本明細書に記載のナノ粒子、ナノ粒子凝集物、及びこのようなナノ粒子又はナノ粒子凝集物を含む組成物は、被験者に使用するための、典型的には動物、好ましくは哺乳動物、さらにより好ましくはヒト（その年齢又は性別に関係なく）に使用するためのものである。
【００８２】
被験者の大脳皮質、海馬、又は扁桃体に投与されるべきナノ粒子又はナノ粒子凝集物の典型的な量は、１０５〜１０１５、好ましくは１０７〜１０１４、より好ましくは１０９〜１０１２である。また、被験者の大脳皮質、海馬、又は扁桃体に投与されるべきナノ粒子又はナノ粒子凝集物の典型的な量は、１cm３あたり１０２〜１０１２個のナノ粒子又はナノ粒子凝集物である。
【００８３】
本発明の脈絡において、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物を電場／電気刺激に曝すことは、ナノ粒子又はナノ粒子凝集物が投与された被験者に、電場／電気刺激を曝すことと等価である。
【００８４】
また、本明細書において、被験者における脳の活動を増強させるための方法、及び被験者における病的ストレス又は少なくとも１つのその症状を処置するための方法が記載され、各方法は、本明細書に記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物のいずれか１つを、被験者に投与する工程、及び該被験者を電場／電気刺激に曝す工程を含む。
【００８５】
本明細書に記載のさらなる目的は、本明細書に記載のような少なくとも２つの別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物を含むキットに関し、各々のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、本明細書に記載のような、伝導体材料、半導体材料、２００以上の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料、及び１００以下の誘電恒数εｉｊｋを有する絶縁体材料から典型的には選択された別個の材料からなる。
【００８６】
特定の実施態様では、前記キットは、別個の容器に、本明細書に記載のような別個のナノ粒子及び／又はナノ粒子凝集物（これは、標的部位上に混合物を沈着させる前に、本来の場所（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で、すなわち標的部位上で、又は、試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）若しくは生体外（ｅｘ  ｖｉｖｏ）でのいずれかで、接触、典型的には混合することを意図する）を含む。
【００８７】
また、本明細書には、被験者における脳の活動／能力を増強させるための、典型的にはニューロンネットワークにおける効果的な結合を増強し、これにより被験者におけるニューロンネットワークの記憶容量を増強させるための本明細書に記載のような方法における、又は、それを必要とする被験者における病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための方法における、このようなキットの生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）、試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）、又は生体外（ｅｘ  ｖｉｖｏ）での使用が記載されている。また、本明細書には、被験者における病的ストレス又は少なくとも１つのその症状の予防又は処置に使用するための本明細書に記載されているようなキットが開示されている。
【００８８】
本発明は、特に、電気刺激／電場に曝されたナノ粒子又はナノ粒子凝集物の使用により脳の機能を増強することを目的とする。
【００８９】
本発明のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、電気刺激／電場に曝された場合に、このような処置の必要な被験者における、脳の活動／能力を増強に使用するための／増強のために使用するための、又は病的ストレス若しくは少なくとも１つのその症状を予防若しくは処置するための／予防若しくは処置に使用するためのものであるが、ある種類のナノ粒子「ＮＰ１」（すなわち絶縁ナノ粒子）の使用を介したカソードによる刺激によってもたらされる抑制作用を局所的に増加させることによって、及び／又は、別の種類のナノ粒子「ＮＰ２」（すなわち、伝導体又は半導体ナノ粒子）の使用を介したアノードによる刺激によってもたらされる興奮作用を局所的に増加させることによって、行われる［図４−ａ）：ナノ粒子「ＮＰ１」を用いた抑制作用の局所的増加、図４−ｂ）ナノ粒子「ＮＰ２」を用いた興奮作用の局所的増加、図４−ｃ）ナノ粒子「ＮＰ１」を用いた抑制作用の局所的増加、及びナノ粒子「ＮＰ２」を用いた興奮作用の局所的増加を参照］。
【００９０】
特定の態様では、本明細書に記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、このような処置を必要とする被験者の身体能力の、増強に使用するための／増強のために使用するための、あるいは増強の方法に使用するための／増強のための方法に使用するための、又は学習、記憶、知覚、注意力、及び／若しくは決断力の増強に使用するための／増強の方法のために使用するためのものである。
【００９１】
げっ歯類、典型的にはマウスにおける、心理測定知能の確固たる証拠を、様々な課題を含む総合テストから得ることができる。これらのテスト群は典型的には、匂い識別又は空間ナビゲーションなどの学習課題を含む。学習テストは、動物に課された感覚、運動、又は動機づけの必要条件に関連している。例えば、マウスの判断力を評価するために、「即時マッピング」の概念に基づいたテスト（Carey S, et al., Proceedings of the Standford Child Language Conference., 1978, 15, 17-29: Acquiring a single new word）を使用することができ、マウスにおける注意力を要する課題を評価するためには「マウス・ストループテスト」を使用し得、マウスにおける作業記憶の有効性又は作業記憶容量を評価するために「放射状アーム迷路」アッセイを使用し得る（Matzel L.D et al. Current Directions in Psychological Science, 2013, 22(5), 342-348: The architecture of intelligence. Converging evidence from studies of humans and animals）。
【００９２】
ＩＱテストを使用して、ヒトにおける記憶容量を評価し得る。レーヴンのマトリックス又はウェクスラー成人知能検査などのＩＱテストは、当業者には周知であり、典型的にはヒトにおける作業記憶容量を評価するために使用される。ストループ色彩−言語干渉テスト（Stroop JR, Journal of Experimental Psychology, 1935, 18, 643-652: Studies of interference in serial verbal reactions）もまた、ヒトにおいて一般的知能を予測するために使用され得る（Huang L, et al., Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 2012, 38, 414-428: Measuring the interrelations among multiple paradigms of visual attention: an individual differences approach）。
【００９３】
別の特定の態様では、本明細書に記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、このような処置を必要とする被験者の脳における神経／ニューロンの結合、機能的結合、及び／又はシナプス可塑性を増強させることによって、被験者を予防若しくは処置するための、又は予防若しくは処置に使用するためのものである。
【００９４】
典型的な態様では、本明細書に記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、脳機能活動の変容した被験者を予防若しくは処置するための、又は予防若しくは処置に使用するためのものである。
【００９５】
別の特定の態様では、本明細書に記載のナノ粒子又はナノ粒子凝集物は、病的ストレス又は少なくとも１つのその症状、特に慢性的ストレスを患っている被験者を予防若しくは処置するための、又は予防若しくは処置に使用するためのものである。全ての生存している生物は、恒常性と呼ばれる動的平衡に向けて努力している。この平衡は、特定の身体的及び心理的事象によって脅かされる。入ってくる感覚情報と評価プロセスとの間の干渉は、海馬、扁桃体、及び前頭前皮質を含む、大脳辺縁系によって形成される。様々な状況が、ストレス、例えば新しい経験、疑念、欲求不満、葛藤、恐怖、痛みなどを誘発し得る。いらいらさせるもの、例えば騒音、汚染、及び対人間葛藤を含む悪環境に常に曝されていることも、ストレスを誘発する場合がある。
【００９６】
このような累積的及び／又は反復的状況から生じる病的ストレスは、脳細胞の構造（形態）及び／又は結合及び／又は脳細胞の機能的特性を変化させる。結果として、病的ストレスは、健康に重度の影響を及ぼし、生活の質を制限する。
【００９７】
制御不能なストレスは、ひどく有害な影響を及ぼし得、学習及び記憶能力の劣化をはじめとする症状を誘発する。軽度なレベルのストレスでは、特定の神経化学物質系（例えばカテコールアミン、グルココルチコイド）が学習に影響を及ぼす場合がある。ストレスのレベル（持続時間及び／又は強度における）が増加するにつれて、シナプス可塑性の改変、細胞形態変化、成人神経新生の抑制、及び／又は神経の破壊若しくは萎縮（これらの変化は、本明細書において病的ストレスの症状として記載されている）をはじめとする、いくつかの一過的及び恒久的な変化が海馬に観察される。これらのストレスに関連した脳内の変化は、学習及び記憶のプロセスに影響を及ぼす。実際に、海馬、扁桃体、及び前頭前皮質は、ストレスにより誘発される構造再構築を受け、これは行動反応及び生理学的反応を変化させる。慢性的ストレスは、海馬及び前頭前皮質、並びに記憶、選択的注意力、及び実行機能に関与する脳領域におけるニューロンの萎縮を誘発し、恐怖並びに攻撃性に関与する脳領域である扁桃体におけるニューロンの肥大を引き起こす。慢性的ストレスによって、学習、記憶、及び決断する能力が損なわれる可能性があり、典型的には低下し、攻撃性の増加を伴う場合がある。
【００９８】
試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）及び生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）における電気生理学的研究からの広範な観察は、ストレス及びストレスホルモンが長期増強（ＬＴＰ）を損なうことを示すことに合致している。病的ストレスに伴う問題のいくつかを打ち消す、睡眠薬、抗不安薬、及びβ遮断薬などの多くの薬剤が存在する。同様に、酸化的ストレス又は炎症を減少させ、コレステロールの合成又は吸収を遮断し、インスリン抵抗性又は慢性疼痛を処置する薬物は、「病的ストレス」状態の代謝的結果及び神経学的結果に対処することを助け得る。これら全ての薬物療法は、ある程度は価値があるが、残念なことにそれぞれその副作用及び限界を有する（Kim J.J. et al. Nature Reviews Neuroscience, 2002, 3, 453-462: The stressed hippocampus, synaptic plasticity and lost memories; McEwen B.X. Physiological Review, 2007, 87, 873-904: Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain）。本明細書に記載のナノ粒子は今回、このような病的ストレス、特に慢性的ストレスに患っている被験者、典型的には本明細書に上記のようなストレスに関連した変化が検出されている脳を有する被験者を処置するために、有利に使用できる。
【００９９】
「処置」という用語は、本明細書に前記したような病的ストレス又はその症状、特に慢性的ストレスを予防、軽減、又は治癒することのできる、治療処置又は措置を指す。このような処置は、それを必要とする哺乳動物被験者、好ましくはヒト被験者用である。したがって、本明細書に記載のような病的ストレスを患っているとすでに同定（診断）されている被験者、又はこのような病的ストレスを「発症するリスクがある」と考えられる被験者（これらの被験者に対しての処置は防止的処置又は予防的処置である）が考えられる。病的ストレスを患っている特定の被験者は、睡眠薬、抗不安薬、及びβ遮断薬から選択された薬物が処方されている被験者である。
【０１００】
以下の実施例及びそれらの対応する図は、本発明をその範囲を限定することなく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】ｔＤＣＳによる皮質興奮性の調節：ａ）錐体皮質ニューロンの図；ｂ）アノードによる刺激；ｃ）カソードによる刺激。
【図２】経頭蓋直流電流刺激（ｔＤＣＳ）についての様々な電極の統一的イメージ。
【図３】電気刺激（ｔＤＣＳ）の抑制作用及び興奮作用。
【図４】ａ）：ナノ粒子「ＮＰ１」を用いての抑制作用の局所的増加、ｂ）ナノ粒子「ＮＰ２」を用いた興奮作用の局所的増加、ｃ）ナノ粒子「ＮＰ１」を用いた抑制作用の局所的増加、及びナノ粒子「ＮＰ２」を用いた興奮作用の局所的増加；ここでのＮＰ２は伝導体又は半導体であり、ＮＰ１は絶縁体である。
【図５】高い振動数による刺激（ＨＦＳ）の中間工程ｉ’）を含む又は含まない、工程ｉ）及び工程ｉｉ）における低い振動数による刺激（ＬＦＳ）に曝されたニューロン培養液の実験図。マウス前頭皮質培養液は、１５/１６胚日令のＮＭＲＩマウスから調製され、４８ウェルの多電極アレイ上で２６日間（培養期間；自然期）培養した。培養液を、ナノ粒子懸濁液（「ナノ粒子」群）を用いて又は水（「対照」群）を用いて２日間処置した。２日間インキュベートした後、活性を、２時間かけて記録した（「刺激前」記録という項目）。記録の後に、２つの別個の工程（工程ｉ）及びｉｉ））又は３つの別個の工程（工程ｉ）、ｉ’）、及びｉｉ））が以下の順序で続いた：低振動数刺激（ＬＦＳ−１）期を３０分間（工程ｉ））、任意選択的な媒介的強直（ｔｅｔａｎｉｃ）刺激（高振動数、ＨＦＳ）期を５分間（工程ｉ’））、及び低振動数刺激（ＬＦＳ−２）期を９０分間（工程ｉｉ））である。自然期の後に、１つのウェルあたり２つの活性電極が同定され、刺激のために選択された。それらの中の１つを、工程ｉ）及びｉｉ）でＬＦＳを用いて刺激し、どちらの電極も、実施する場合には工程ｉ’）でＨＦＳを用いて刺激した。記録は、工程ｉ）（数値は、３０分間の間隔から採用された６０秒間の値域データから得られた）及び工程ｉｉ）（数値は、６０分間のＬＦＳの後の３０分間の間隔から採用された６０秒間の値域データから得られた）の最中に実施された。
【図６】電気的活性の記録から抽出することのできるパラメーターのいくつかの概略を示した２つの単純化されたバーストの図。一般的な活動（スパイク、バースト、バースト間隔（ＩＢＩ）及びバースト期間）及びバースト構造（バースト持続時間、バースト安定期、バースト振幅、バーストスパイク間隔（ＩＳＩ）及びバースト面積）を描写するパラメーターが示されている。これらのパラメーターの標準偏差（ＳＤ）は、それぞれ一般的活動及びバースト構造の規則性の尺度である。時間の変動係数（ＣＶｔｉｍｅ）は、各単位の活動パターンの時間的規則性を反映している。ＣＶｔｉｍｅは、パラメーターの標準偏差及び平均値の比によって計算される。ネットワーク間の変動係数（ＣＶｎｅｔ）は、ネットワーク内のニューロン間の同期化を反映している。ＣＶｎｅｔはネットワーク上の平均値によるパラメーターの標準偏差の比によって計算される。大きなＣＶｎｅｔ値は、ネットワーク間の活動の広範囲のばらつきを意味し、同期化がより少ないことを意味する。
【図７】高振動数刺激（ＨＦＳ）に曝された場合の、前頭皮質ネットワーク活動に対する、「対照」群（ナノ粒子無し／高振動数刺激を伴う又は伴わない）と比較しての「ナノ粒子」群（実施例３のナノ粒子）の機能的効果。結果は、「対照」群と比較してのナノ粒子存在下における細胞レベルでのＨＦＳ特異的増強を示す。
【図８】高い振動数による刺激（ＨＦＳ）に曝された場合の、前頭皮質ネットワーク活動に対する、「対照」群（高振動数による刺激を伴う又は伴わない）と比較した、「ナノ粒子」群（実施例１のナノ粒子）の機能的効果。結果は、「対照」群と比較した、ナノ粒子存在下における細胞レベルでのＨＦＳ特異的増強を示す。
【０１０２】
実施例
シミュレーション
シミュレーションを使用して、電気刺激（電場）に曝されたナノ粒子のニューロンネットワーク（群）に対する効果を評価することができる。
【０１０３】
ニューロンの試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）での研究
ニューロンレベルでは、パッチクランプ技術が、活動電位を検出するのに非常に有用である。なぜなら、それはニューロンの膜電位の同時直接測定及び制御を可能とするからである。
【０１０４】
この技術は、単一ニューロン上でのナノ粒子の効果を評価するために使用される。
【０１０５】
ニューロンネットワークの試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）での研究
多電極アレイ（ＭＥＡ）は、多くのニューロン（ニューロンネットワーク）の刺激及び記録を可能とする。多電極アレイ上の解離ニューロン培養液は、アレイの多電極を通した電気刺激シーケンスを用いて、ネットワーク活動を操作することができる、単純化モデルを提供する。この技術は、ネットワークレベル及び細胞レベルで生理学的に関連した問題点を評価するのに非常に有用であり、これにより、脳の機能及び機能障害に関するより良好な理解がもたらされる。
【０１０６】
解離ニューロン培養液は、多電極アレイと組み合わせて実際に、脳ネットワークの複雑性をより良く理解するために広く使用されている。さらに、解離ニューロン集合体の使用は、ネットワーク結合の操作及び制御を可能とする。多電極アレイと組み合わせた解離ニューロン培養液の使用は、正にその装置の電極を通して送達された電気パルスを用いて、ニューロンを細胞外で刺激することのできる実験の設計を可能とする。このようにして、出現したニューロンの動態がどのように電気刺激によって調節され得、結果として根幹にある機能的結合が改変されているか否かを調べることが合理的となる（Poli D. et al, Frontiers in Neural Circuits, 2015, 9 (article 57), 1-14: Functional connectivity in in vitro neuronal assemblies）。
【０１０７】
多電極アレイシステムは、リアルタイムでニューロンネットワークの複数の部位からの非侵襲的で長時間持続する細胞外からの同時記録を可能とし、空間的分解能を増加させ、これにより、ネットワーク活動の確固たる測定がなされる。長期間におよぶ活動電位データ及び電場電位データの同時収集は、時空パターン発生に関与する全ての細胞機序の相互作用から生じるネットワーク機能のモニタリングを可能とする（Johnstone A. F. M. et al., Neurotoxicology (2010), 31: 331-350, Microelectrode arrays: a physiologically based neurotoxicity testing platform for the 21st century）。パッチクランプ法及び他の単一電極記録技術と比較して、多電極アレイは、ネットワークに存在する全てのの受容体、シナプス、及びニューロン型の相互作用に関する全情報を統合した、全ネットワークの応答を測定する（Novellino A. et al., Frontiers in Neuroengineering. (2011), 4(4), 1-14, Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity: assessment of interlaboratory reproducibility with neuroactive chemicals.）。したがって、多電極アレイの記録は、神経培養液中での神経情報交換、情報コード化、伝播、及び処理を理解するために使用される（Taketani,M., et al.,.(2006). Advances in Network Electrophysiology. New York, NY: Springer; Obien et al., Frontiers in Neurosciences, 2015, 8(423): Revealing neuronal functions through microelectrode array recordings）。多電極アレイ技術は、神経新生並びに神経生成及び神経変性の状況に対して非常に感度の高い、電気的に活性な細胞培養液中のネットワーク活動の機能的変化を特徴付けるための、精巧な表現型ハイコンテントスクリーニング法である。さらに、多電極アレイ上で成長したニューロンネットワークは、無傷の哺乳動物神経系の機能を変化させるのとほぼ同じ濃度範囲で神経活性化合物又は神経毒性化合物に応答することができることが知られている（Xia et al., Alcohol, 2003, 30, 167-174: Histiotypic electrophysiological responses of cultured neuronal networks to ethanol; Gramowski et al., European Journal of Neuroscience, 2006, 24, 455-465: Functional screening of traditional antidepressants with primary cortical neuronal networks grown on multielectrode neurochips; Gramowski et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation）。
【０１０８】
この技術を使用して、ニューロンネットワーク（群）に対するナノ粒子の効果を評価する。
【０１０９】
生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）でのニューロンネットワークの研究
電気刺激に曝された場合の動物のニューロンネットワークに対する本発明のナノ粒子の効果を評価するのに適切な動物モデルが考えられる。
【０１１０】
例えば、迷路が、ラットの空間学習及び記憶を研究するために使用される。迷路を使用した研究は、ヒトをはじめとする多くの種に適用することのできる学習に関する一般原則を明らかにすることを助ける。今日、様々な処置又は条件がラットの学習及び記憶に影響を及ぼすかどうかを決定するために、迷路が典型的に使用される。
【０１１１】
実施例１．伝導体材料を用いて調製されたナノ粒子：中性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされた金ナノ粒子の合成
金ナノ粒子は、金塩化物塩（ＨＡｕＣｌ４）をキャッピング剤（クエン酸ナトリウム）を用いて還元することによって合成された（手順は、G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21から適合させた）。典型的な実験では、ＨＡｕＣｌ４溶液を煮沸するまで加熱した。続いて、クエン酸ナトリウム溶液を加えた。結果として得られた溶液を、煮沸下でさらに５分間維持した。ナノ粒子懸濁液の０．２２μmでのろ過（フィルター膜：ポリ（エーテルスルホン）（ＰＥＳ）））を行ない、懸濁液中の金濃度は、５３０nmでの紫外・可視分光法によって決定した。
【０１１２】
表面コーティングを、α−メトキシ−ω−メルカプトポリ（エチレングリコール）２０ｋＤａ（「チオール−ＰＥＧ２０ｋＤａ」）を使用して実施した。十分量の「チオール−ＰＥＧ２０ｋＤａ」をナノ粒子懸濁液に加えて、金ナノ粒子表面上への単層の少なくとも半分の被覆（２．５個の分子/nm2）を達成した。ｐＨを７〜７．２に調整し、ナノ粒子懸濁液を一晩撹拌した。
【０１１３】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。このようにして得られた懸濁液中の生体適合性金ナノ粒子の流体力学的直径は、１１８nmであることが判明し、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．１３であった。
【０１１４】
ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は、−１ｍＶであることが判明した。
【０１１５】
実施例２：伝導体材料を用いて調製されたナノ粒子：陰性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされた金ナノ粒子の合成
金ナノ粒子は、実施例１に記載のように調製された（同じく金の無機コア）。
【０１１６】
ＰＥＳメンブランフィルターでの０．２２μmでのろ過を行ない、懸濁液中の金濃度を、５３０nmにおける紫外・可視分光法によって決定した。
【０１１７】
生体適合性表面コーティングを、メソ−２，３−ジメルカプトコハク酸（ＤＭＳＡ）を使用して実施した。十分量のＤＭＳＡをナノ粒子懸濁液に加え、表面上への単層の少なくとも半分の被覆（２．５個の分子/nm2）を達成した。ｐＨを７〜７．２に調整し、ナノ粒子懸濁液を一晩撹拌した。
【０１１８】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。このようにして得られた懸濁液中ナノ粒子の流体力学的直径は７６nmであり、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．４６であった。ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は、−２３ｍＶであることが判明した。
【０１１９】
実施例３:１００以下の低い比誘電恒数を有する絶縁体材料を用いて調製されたナノ粒子：中性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされた酸化ジルコニウムナノ粒子の合成
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）ナノ粒子は、塩基性ｐＨで水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＯＨ）を用いての塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）の沈降によって合成された。結果として得られた懸濁液をオートクレーブに移し、１１０℃を超える温度で加熱した。冷却後、懸濁液を脱イオン水で洗浄し、酸性とした。
【０１２０】
ＰＥＳメンブランフィルター上での０．２２μmでのろ過を行ない、（ＺｒＯ２）ナノ粒子濃度の決定は、水溶液を粉末へと乾燥し、このようにして得られた塊を秤量することによって行った。
【０１２１】
生体適合性コーティングを、シラン−ポリ（エチレン）グリコール２ｋＤａ（「Ｓｉ−ＰＥＧ ２ｋＤａ」）を使用して調製した。十分量の「Ｓｉ−ＰＥＧ ２ｋＤａ」をナノ粒子懸濁液に加え、表面上への少なくとも半分の単層の被覆（２．５個の分子/nm２）を達成した。ナノ粒子懸濁液を一晩撹拌し、続いて、ｐＨを７へと調整した。
【０１２２】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。ナノ粒子の流体力学的直径は５５nmであることが判明し、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．１であった。
【０１２３】
ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は−１ｍＶであることが判明した。
【０１２４】
実施例４．１００以下の低い比誘電恒数を有する絶縁体材料を用いて調製されたナノ粒子：陰性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされた酸化ジルコニウムナノ粒子の合成
酸化ジルコニウムナノ粒子は実施例３に記載のように調製された（同じ無機のコア）。ＰＥＳメンブランフィルター上での０．２２μmでのろ過を行ない、（ＺｒＯ２）ナノ粒子濃度の決定は、水性懸濁液を粉末へと乾燥し、このようにして得られた塊を秤量することによって行った。
【０１２５】
表面の官能基化は、ヘキサメタリン酸ナトリウムを使用して行なわれた。十分な質量のヘキサメタリン酸ナトリウムをナノ粒子懸濁液に加えて、表面上への少なくとも半分の単層の被覆（２．５個の分子/nm２）を達成した。ナノ粒子懸濁液を一晩撹拌し、続いて、ｐＨを７へと調整した。
【０１２６】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。ナノ粒子の水力学的直径は７０nmであることが判明し、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．１１であった。
【０１２７】
ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は−３３ｍＶであることが判明した。
【０１２８】
実施例５．半導体材料を用いて調製されたナノ粒子：陰性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされたケイ素ナノ粒子
ケイ素（Ｓｉ）ナノ粒子（粉末）は、US Research Nanomaterials社から入手した。それらを超音波下（探触子を含む）で３０ｇ/Ｌで水に分散させた。
【０１２９】
ＰＥＳメンブランフィルター上での０．２２μmでのろ過を行ない、（Ｓｉ）ナノ粒子濃度の決定は、懸濁液を粉末にまるまで乾燥させ、このようにして得られた塊を秤量することによって行った。
【０１３０】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。ナノ粒子懸濁液の流体力学的直径は、１６４nmであることが判明し、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．１６であった。
【０１３１】
ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は、−１９ｍＶであることが判明した。
【０１３２】
実施例６．２００以上の高い比誘電恒数を有する絶縁体材料を用いて調製されたナノ粒子：陰性表面荷電を有する生体適合性コーティングでコーティングされたチタン酸バリウム
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）ナノ粒子懸濁液（２０重量％の水溶液）はUS Research Materials社から入手した（ＵＳ３８３５）。
【０１３３】
表面の官能基化は、シラン−ポリ（エチレン）グリコール１０ｋＤａ（「Ｓｉ−ＰＥＧ１０ｋＤａ」）を使用して行なわれた。簡潔に言えば、「Ｓｉ−ＰＥＧ １０ｋＤａ」をまずエタノール／水溶液（１／３ｖ/ｖ）に溶かし、ＢａＴｉＯ３懸濁液（２０重量％の水溶液）に加えて、ナノ粒子の表面上への完全な単層の被覆を達成した。懸濁液を超音波処理にかけ、続いて、一晩撹拌した。０．２２μmでのろ過後（ろ過膜：ポリ（エーテル）スルホン））、未反応の「Ｓｉ−ＰＥＧ １０ｋＤ」ポリマーを排除するために洗浄工程を行なった。
【０１３４】
流体力学的直径（強度の尺度）を、ナノ粒子懸濁液を水で希釈することによって（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、散乱角１７３°で、６３３nmで発光するレーザーを用いて、ゼータサイザーナノ（マルバーン社）を用いた動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。ナノ粒子の水力学的直径は、１６４nmであることが判明し、多分散指数（ナノ粒子集団のサイズ分散）は０．１６であった。
【０１３５】
ゼータ電位は、ナノ粒子懸濁液を１mMのＮａＣｌ溶液（ｐＨ７）で希釈することにより（最終濃度：０．１ｇ/Ｌ）、ナノ粒子の電気泳動移動度（ゼータサイザーナノ、マルバーン社）を測定することによって決定された。ｐＨ７におけるゼータ電位は、−１１ｍＶであることが判明した。
【０１３６】
実施例７．多電極アレイを用いた前頭皮質ニューロンの電気刺激を使用した長期可塑性試験、及び本発明のナノ粒子の機能的評価
材料及び方法
多電極アレイ・ニューロチップ
４８ウェルの微小電極アレイ・ニューロチップは、Axion Biosystems社から購入した。これらのチップは、１つのウェルあたり１６個の不活性電極を有する。表面は、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ、ホウ酸緩衝液中５０％）で１時間かけてコーティングし、洗浄し、風乾させた。
【０１３７】
初代細胞培養液、処置条件、及び電気刺激
前頭皮質組織を、１５／１６胚日令のｃｈｒ：ＮＭＲＩマウス（チャールズリバー社）から収集した。マウスを頸椎脱臼によって屠殺した。組織を、酵素による消化（１３３．３クニッツ単位/mlのＤＮａｓｅ；１０単位/mlのパパイン）及び機械的粉砕によって解離し、計数し、活力を制御し、多電極アレイ上の、ラミニン（１０μg/ml）、１０％ウシ胎児血清、及び１０％ウマ血清を含有している２０μlのＤＭＥＭ（ダルベッコ改変イーグル培地）の液滴に蒔いた。多電極アレイ上の培養液を、使用準備ができるまで、３７℃で１０％ＣＯ２の雰囲気中でインキュベートした。発生中の共培養液を、有糸分裂阻害剤である５−フルオロ−２’−デオキシウリジン（２５μM）及びウリジン（６３μM）を用いて、播種から５日後に処置し、さらなるグリア細胞の増殖を防いだ。培養培地を、１０％ウマ血清を含有しているＤＭＥＭを１週間に２回補充した。前頭皮質を、２６日間（培養期間、「本来の期間」とも同一視される）培養した。活性なウェルの数を定量し、ナノ粒子懸濁液（８００μM）（「ナノ粒子」群）又は水（「対照」群）を活性なウェルに加えた。２日間（４８時間）インキュベートした後、活性を２時間記録し（「刺激前」記録）、続いて低振動数刺激（ＬＦＳ−１）を３０分間行ない（工程ｉ））、低振動数刺激（ＬＦＳ−２）を９０分間行ない（工程ｉｉ））、５分間の強直刺激（例えば高振動数、ＨＦＳ）の中間工程ｉ'）（工程ｉ）の後で工程ｉｉ）の前）を伴うか又は伴わなかった。自然期の後、１つのウェルあたり２つの活性電極を同定し、刺激のために選択した。それらの中の１つを、工程ｉ）及びｉｉ）でＬＦＳを用いて刺激し、両方の電極を、工程ｉ’）でＨＦＳを用いて刺激した。記録は、工程ｉ）（数値は、３０分間の間隔から採用された６０秒間の値域データから得られた）及びｉｉ）（数値は、６０分間のＬＦＳ後の３０分間の間隔から採用された６０秒間の値域データから得られた）において行なわれた（図５参照）。
【０１３８】
電気刺激パラメーター
低振動数刺激（工程ｉ）及びｉｉ））：３０分間又は９０分間
−４８ウェルの多電極アレイにおける、１つのウェルあたり１つの電極の刺激
−最小刺激持続時間：１００マイクロ秒間
−パルス後の２ミリ秒間の不自然な結果の排除。
−＋/−５００ｍＶにおいて１パルス（二相性）（振動数０．２Ｈｚ）
【０１３９】
高振動数の刺激（工程ｉ'））：５分間
−４８ウェルの多電極アレイにおける、１つのウェルあたり１つの電極の刺激
−最小刺激持続時間：１００マイクロ秒間
−パルス後の２ミリ秒間の不自然な結果の排除
−＋/−５００ｍＶにおいて１１パルス（二相性）（振動数２０Ｈｚ）及びパルス列期間（振動数０．２Ｈｚ）。
【０１４０】
マルチチャネル記録及びマルチパラメーターデータ分析
記録のために、Axion Biosystems社（米国）によるマルチチャネル・マエストロ記録装置を使用した。細胞外記録のために、４８ウェルの多電極アレイを、マエストロ記録ステーションに配置し、３７℃に維持した。記録は、ＤＭＥＭ／１０％熱失活ウマ血清中で行なわれた。ｐＨを、１０％ＣＯ２を含むろ過され加湿化された連続気流を用いて、７．４に維持した。
【０１４１】
各単位は、１つの電極で記録された１つのニューロンから派生した活動を示す。記録開始時に単位同志は離れている。各単位について、活動電位（すなわちスパイク）をスパイク列として記録し、これはいわゆる「バースト」へと集中発生する。バーストは、Spike Wrangler及びNPWaveXというプログラム（どちらもNeuroProof GmbH、ロストック、ドイツ）を使用した直接的なスパイク列の分析を介して定量的に描写された。バーストは、短いスパイク事象の開始及び終了によって定義された（図６参照）。
【０１４２】
ネットワーク活動パターンのマルチパラメーターハイコンテント分析を用いて、２０４個の活性を描写するスパイク列パラメーターを抽出した。これらのパラメーターは、以下の４つのカテゴリーにおける活動変化の正確な描写を得ることを可能とする。すなわち、一般的な活動、バースト構造、振動運動、及び同期性である。
−「一般的な活動パラメーター」の変化は、活動電位発火率（スパイク率）、バースト率、及びバースト間の時間であるバースト期間に対する効果を描写する。
−「バースト構造パラメーター」は、高振動数のスパイク期（「バースト」）内のスパイクの内部構造、例えばバーストにおけるスパイク頻度、バーストにおけるスパイク率、及びバーストスパイク密度だけでなく、バーストの全構造、例えば持続時間、面積、及び安定期（ｐｌａｔｅａｕ）も規定する。
−「振動パラメーター」は、バーストの発生又は構造の規則性を定量し、これは、実験事象発現内のパラメーター（一般的な活動、バースト構造）のばらつきを描写する一次活動パラメーターの変動係数によって計算される（Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays）。より高い数値は、あまり規則的ではないバースト構造又はあまり規則的ではない一般的な活動（例えばスパイク発生、バースト発生）を示す。
−スパイク列における同期化の尺度としての「ＣＶｎｅｔパラメーター」は、ネットワーク内のニューロン間の「同期化」を反映する（Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays）。ＣＶｎｅｔは、ネットワーク上の変動係数である。大きなＣＶｎｅｔ値は、ネットワーク間の活動の広範囲のばらつきを意味し、このことはより同期化が少ないことを意味する（Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation）。
【０１４３】
本発明のナノ粒子の存在下又は非存在下における、ニューロンネットワークに対する、高振動数刺激（ＨＦＳ）によって誘発される機能的効果を、上記のパラメーターを通して評価した（以下の表１においてそれらの中のいくつかについても再現している）。
【０１４４】
【表１】
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【０１４５】
試験されたナノ粒子の存在下又はその非存在下における、ＬＦＳ−２（工程ｉｉ）の最中の、それ故、ＨＦＳ工程ｉ’）の後の、ネットワーク活動に対する機能的効果を、「ＬＦＳ−１」活動、すなわち、低振動数刺激工程ｉ）の最中に測定された活動に標準化した。数値は、３０分間の間隔から採用された６０秒間の値域データから得られた。結果（パラメーター値）は、独立したネットワークの平均値±標準誤差として表現された。各「ナノ粒子」群又は「対照」群について、少なくとも８つの活性なウェル（「活性」は、電気的活性を測定する電極を十分な数で含むウェルを意味する）が分析に含められた。絶対パラメーターの分布を、正規性について試験し、群間の統計学的有意性を一元配置分散分析（ｏｎｅ−ｗａｙ  ＡＮＯＶＡ）を介して評価した。
【０１４６】
図７及び８は、「対照」群及び「ナノ粒子」群（実施例１及び実施例３のナノ粒子）についてのＨＦＳによって誘発される機能的効果を特徴付ける、いくつかの代表的なパラメーター（一般的な活動及び振動運動）を提示する。ナノ粒子の存在下における細胞レベルでの「対照群」の効果を上回るこれらの効果の増加は、これらのナノ粒子に起因する増強効果を示す。
【０１４７】
図７は、実施例３のナノ粒子を用いてのニューロンネットワークの前処置、及び高振動数による電気刺激（ＨＳＦ）への曝露は、「対照」群と比較して機能的効果を増加させることを示す。興味深いことに、増強された機能的効果が、一般的な活動カテゴリーに属するパラメーター（典型的には「バースト率」及び「事象率」）において観察され、それらは、ＨＦＳで刺激された「対照」群において観察されたものを超えたレベルに達する。このことは、ネットワーク内の効果的な結合の増強に相関し得、したがって、ニューロンネットワークの記憶容量の増強に相関し得る、ナノ粒子特異的なＨＦＳにより媒介される増強を示す。図８は、実施例１のナノ粒子を用いてのニューロンネットワークの前処置、及び高振動数による電気刺激（ＨＳＦ）への曝露が、「対照」群と比較して機能的効果を増加させることを示す。興味深いことに、増強された機能的効果が、振動運動カテゴリーに属するパラメーター（典型的には「バースト持続時間の標準偏差」、「バースト面積の標準偏差」及び「バーストスパイク数の標準偏差」）について観察され、それらは、ＨＦＳにより刺激された「対照」群において観察されたレベルよりもより好ましいレベルに達する。このことは、ネットワーク内の情報保管を促進する再構築されたバーストに相関し得、したがって、ニューロンネットワークの記憶容量の増強に相関し得る、ナノ粒子に特異的なＨＦＳにより媒介される増強を示す。
【０１４８】
これらの結果は、ニューロンネットワーク内の電気刺激によって誘発される機能的効果（ニューロン結合、及びニューロンネットワーク内への情報の保管）を増強する上での本出願に記載のナノ粒子の有利な機能を強調する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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