無線「大腦起搏器」可能為神經系統疾病提供新的治療方法

無線「大腦起搏器」可能為神經系統疾病提供新的治療方法

設備通過刺激和記錄大腦中的電流來微調治療

加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的工程師開發了一種新的神經刺激器，可以同時監聽和刺激大腦中的電流，可能會為癲癇和帕金森等疾病的患者提供經過微調的治療。這種被稱為「魔杖」的裝置就像一個「大腦起搏器」，監測大腦的電活動，如果發現有什麼不對勁，就發出電刺激。

這些設備可以非常有效地防止患有各種神經疾病的患者出現衰弱性震顫或癲癇。但癲癇發作或震顫前的電信號可能極其細微，而防止癲癇發作所需的電刺激頻率和強度也同樣敏感。醫生可能需要多年的小調整才能提供最佳的治療。WAND是無線無人工神經調節裝置的簡稱，它既是無線的，又是自主的，這意味著一旦它學會識別震動或癲癇的信號，它就可以自行調節刺激參數，防止不必要的動作。因為它是一個閉環——意味著它可以同時刺激和記錄——它可以實時調整這些參數。

「為病人找到合適的治療方法的過程非常昂貴，可能需要數年時間。」伯克利大學電氣工程和計算機科學助理教授Rikky Muller說:「成本和工期的顯著降低可能會大大改善結果和可及性。」「我們希望該設備能夠找出最佳的方法來刺激一個給定的病人，給最好的結果。」你只能通過聽和記錄神經信號來做到這一點。與其他閉環系統中的8個通道相比，WAND可以記錄128個通道或128個點上的電活動。為了演示這個裝置，研究小組使用魔杖識別和延遲恆河猴手臂的特定動作。今天(12月31日)發表在《自然生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)雜誌上的一項研究描述了這種設備。

池塘里的漣漪

同時刺激和記錄大腦中的電信號就像在池塘里看到小漣漪的同時拍打你的腳——來自大腦的電信號被刺激發出的大脈衝所淹沒。目前，深層大腦刺激器要麼在發出電刺激時停止記錄，要麼在施加刺激的大腦不同部位進行記錄——本質上是測量池塘中與濺水聲不同位置的小波紋。「為了實現閉環stimulation-based療法,這是一個大目標為人們治療帕金森氏症和癲癇和各種神經系統疾病,都是非常重要的同時執行神經記錄和刺激,目前沒有一個商業設備,」前加州大學伯克利分校的博士後薩曼莎Santacruz說,他現在是在奧斯汀的得克薩斯大學的助理教授。

在Rikky Muller的帶領下，Cortera Neurotechnologies公司的研究人員設計了一種魔杖定製集成電路，可以記錄來自細微腦電波和強電脈衝的完整信號。這種晶元設計使得WAND可以從電脈衝中減去信號，從而從腦電波中得到一個清晰的信號。現有的設備只能記錄來自較小腦電波的信號，並被大的刺激脈衝淹沒，使得這種類型的信號重建不可能。Muller說:「因為我們可以在同一個大腦區域進行刺激和記錄，所以當我們提供治療的時候，我們確切地知道發生了什麼。」

在電子工程實驗室和計算機科學教授Jan Rabaey的合作下，該團隊建立了一個具有無線和閉環計算能力的平台設備，可編程用於各種研究和臨床應用。

Santacruz是加州大學伯克利分校的一名博士後，他和電氣工程和計算機科學教授Jose Carmena共同進行了一項實驗。實驗中，實驗對象被要求使用操縱桿將游標移動到一個特定的位置。經過一段時間的訓練後，該魔杖裝置能夠檢測出當受試者準備執行動作時產生的神經信號，然後發出延遲動作的電刺激。穆勒說:「雖然延遲反應時間以前已經得到證實，但據我們所知，這是首次在僅基於神經記錄的閉環系統中得到證實。」穆勒說:「未來，我們的目標是將學習整合到我們的閉環平台中，開發出能夠找出最佳治療方法的智能設備，讓醫生不必在這個過程中不斷地進行干預。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！