植入微型線圈，治療抑鬱症

用植入大腦的微型線圈施加磁場刺激，可以治療某些精神疾病。

對神經學家和醫學專家們來說，大腦入侵（brain hacking）是醫學研究中非常前沿的領域。如果能精準地控制人腦860億神經元，也許能更好地發現這些神經元細胞是如何協作共事，支配身體和個人行為的。這些「大腦黑客」們通常將大腦比作電腦操作系統的控制面板，通過安裝或卸載補丁（「激活」或「凍結」部分細胞）可以修復系統漏洞（治療癲癇和抑鬱等精神疾病）。

圖片來源：Seung Woo Lee

但激活特定的神經元細胞並不容易。經典的神經刺激技術是運用植入式金屬電極在腦細胞周圍產生電流，這種方法會激活較大區域內的神經元，且傷口癒合形成的組織將逐漸包裹電極隔絕電流。現在，也有研究人員嘗試利用光遺傳學的新技術，通過閃光來控制細胞，但怎樣將光線傳入大腦卻是現在面臨的技術難題。

可植入的微型「電磁線圈」讓科學家們看到了新希望。絕緣線圈中的電流能夠產生磁場，通過電磁感應刺激神經元細胞。科學家可以根據自己的意圖改變電磁場區域的形狀，從而激發目標區域的細胞。另外，磁場可以輕鬆穿透結痂的組織。

在某些方面，這項技術類似用於治療抑鬱症的磁場療法。在進行經顱電刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）時，病人頭戴的大線圈刺激了調解情緒的腦神經元。哈佛大學醫學院（Harvard Medical School）的Shelley Fried正在他的神經修復學實驗室開展一項新研究，他表示：「TMS受歡迎的主要原因之一是它並不需要損傷人體細胞，但目前為止，依然很難辦到精確地刺激神經元。」

Fried說，神經學家們一直認為如果植入的線圈過小，產生的磁場很難達到刺激神經元的強度。但是，他們團隊的研究成果推翻了這一傳統理論。

研究人員採用微製造技術，以硅和銅為原材料製造出僅有100微米粗細的電磁線圈（大約為頭髮絲直徑的2倍，與植入式電極相近）。在他們的展示中，這些由微細銅絲纏繞形成的線圈能在端部產生足夠強的磁場。在大腦皮層沿縱向神經元植入探針，就能讓線圈端部產生的磁場刺激該部位神經元，而不干擾從其他部位延伸過來的橫向神經束。

Fried和同事在《科學進展》上發表的文章詳細描述了微型線圈。他們以被麻醉後的小鼠為對象，測試了這套裝置。團隊的研究人員將微型線圈植入到控制腮部的大腦運動皮層，向線圈通電從而使腮部抽搐。

有業內的內專家也稱讚這套線圈體積小巧作用範圍精準，但是，也對這些優點能否在實際醫療中發揮作用提出了質疑。Harbaljit Sohal是紐約州長島曼哈西特（Manhasset）范因斯坦醫學研究院（Feinstein Institute for Medical Research）的一位研究員，他曾採用微製造技術研製出了可植入神經系統的柔性電極。他表示：「大腦在刺激下的反應是衡量刺激方法和手段的有效標準，與電刺激相比，磁場刺激並沒有產生不同的反應。除非這項新技術明顯具有優越性，否則很難取代現有的電刺激技術。」

Fried回應稱，微型線圈適用於對刺激精度要求很高的醫學領域，比如視覺假體。據Fried介紹，這類研究已經有了不錯的進展：在16年10月，Second Sight 公司已經完成了首例人體試驗，將視覺模擬器植入盲人大腦的視覺皮層。通過刺激該皮質層的不同區域，將視界內的圖像信息傳輸給大腦。他說：「如果對視覺皮層區域不加以區分而同時刺激，側大腦中很難形成清晰的影像。」

他還以腦機介面（brain-computer interface，BCI）系統為例，介紹其中的感官反饋可使人類用意念操控機器假肢或機械外骨骼。要讓一個癱瘓病人用意念操縱機器手臂抓起水杯，不僅僅需要植入電極來記錄大腦運動皮層發出的行動指令，還需要植入微型線圈向大腦傳輸金屬手指的觸覺反饋。「使用者不僅要使手指握住合適的位置，還要增加抓握的力道，」Fried說。微型線圈能夠向大腦發送不同的信號，從而傳輸上述不同信息。

哈佛大學研究人員下一步將以猴子為對象進行研究，嘗試在猴子清醒時用微型線圈刺激特定區域的神經元。他們還將在實驗室檢驗微型線圈作用於人類大腦組織切片的效果。(生物谷Bioon.com)