美开发出实时追踪脑信号的植入设备

来源:自然杂志网站

根据《自然》杂志网站上最近的一份报告，研究人员在最近举行的美国神经科学学会年会上报告说，他们已经开发出一种名为哈耳摩尼(Harmoni)的深部脑刺激(DBS)植入装置，这种装置可以在首次进行电刺激时监测大脑中的电和化学反应。该设备已经在老鼠和猪等实验动物身上进行了测试。

长期以来，脑深部刺激一直用于治疗运动障碍，但它已迅速发展成为神经系统疾病的实验疗法，包括抑郁症、抽动秽语综合征、强迫症甚至老年痴呆症。尽管在相关的治疗中已经取得了一些令人鼓舞的结果，但是科学家们对于植入大脑深处的刺激装置所传递的电脉冲如何影响神经回路并改变患者的行为却知之甚少。现在，这个原型深部脑刺激装置也许能够提供一些答案。

“这是我们以前无法真正从人类身上获得的新数据。”来自凯斯西储大学的生物医学工程师卡梅伦·麦金太尔没有参与这项研究，他说。

该团队希望该设备能够确定大脑中的哪些电信号和化学信号与某些症状的存在和严重程度实时相关，例如帕金森氏症患者所经历的震颤。这一信息有助于揭示大脑刺激在哪里以及如何对大脑产生治疗效果，以及为什么有时会失败。

Harmoni是基于现有的脑深部刺激技术的电子记录能力开发的，它将化学传感技术应用于动物研究。该设备使用一种称为快速扫描循环伏安法的方法，该方法在大脑中施加一个局部电压变化来暂时将电子从特定的神经递质中拉走，从而产生一个可测量的电流。神经递质是激活或抑制大脑神经元的化学物质。每个神经递质分子产生的电化学信号是不同的。每隔10毫秒，神经递质就可以根据信号识别出来，并且可以估计它们的浓度。

研究小组已经用老鼠和猪测试了部分和声系统。在手术过程中，他们首先通过功能性磁共振成像技术发现了对植入部位电脉冲有反应的大脑区域，然后将化学和电子传感器插入大脑区域，合成一幅图像，显示神经元是如何被刺激的，以及哪些神经递质作为反应被释放出来。

动物实验的初步结果表明，通过刺激丘脑底核，哈耳米可以测量到脑尾状核中神经递质多巴胺水平的增加。这正是建议用深部脑刺激治疗帕金森病的机制之一。设备的人体测试也在逐步推进。但是，项目负责人、梅奥医疗中心的神经外科医生肯德尔·李(Kendall Lee)表示，这项研究仍处于早期阶段，他们正试图让记录电极更耐用，同时让设备更小，以便植入患者体内。

孟菲斯大学的神经科学家查尔斯·布拉哈(Charles Blaha)研究员强调，仍然有必要深入了解用什么样的电化学信号来描述大脑的健康和紊乱，以及如何刺激大脑维持健康模式。

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