科学家开发电子技术治疗脑病

电极检测癫痫患者的大脑活动。资料来源:GORDON BALTUCH

去年秋天，美国国防部高级研究计划局(DARPA)生物技术研究高级官员杰弗里·林(Geoffrey Ling)向神经科学家提出了一个具有挑战性的项目:开发一种可植入装置，修复因创伤性脑损伤而受损的退伍军人记忆。凌说:“我们有足够的资金。谁愿意接受挑战？”

最近，美国国防部高级研究计划局宣布，两个学术团体愿意就这一问题开展研究，一个来自加州大学洛杉矶分校，另一个来自宾夕法尼亚大学。两组都想通过电刺激“照亮”与大脑记忆密切相关的区域。美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和设备制造商美敦力也将参与这项研究，专门负责开发比现有神经刺激器小10倍以上的刺激器。尽管这项研究的规模不小——加州大学洛杉矶分校在四年的研究中获得了1500万美元，而宾夕法尼亚大学在同样的四年研究中获得了2250万美元，但有些人对该项目的前景表示怀疑。凯斯勒基金会的神经心理学家詹姆斯·苏姆斯基说:“从科学的角度来说，美国国防部高级研究计划局选择了较早的时间进行研究。”

两个研究小组都是从接受大脑修复手术的癫痫患者的神经活动开始的。宾夕法尼亚大学研究小组的负责人、神经科学家迈克尔·卡纳说，对于一些患者，研究人员必须用数百个电极覆盖他们的大脑，等待数周，直到患者复发，然后再决定从哪个脑区开始治疗。通过这种方法，研究人员可以准确地绘制大脑活动图，了解与记忆储存和修复相关的电生理知识。电子记录也可以帮助研究人员对记忆缺陷有更深的理解。许多癫痫患者患有记忆缺陷。

卡纳希望通过研究正常和受损大脑中电子生物标记的检索和存储来建立一个计算机模型。一旦病人的记忆受到干扰，计算机模型可以迅速检测并立即修复。卡纳的团队已经检测到与记忆编码和存储相关的大脑活动信号模式，他们将很快释放出第一个与记忆修复相关的大脑信号。他说:“早期的结果非常令人兴奋。”

加州大学洛杉矶分校的团队由神经外科医生伊扎克·弗里德领导。他们将使用不同的方法来开发记忆生成模型。弗里德早期的工作是治疗癫痫患者。他发现给病人大脑的嗅觉皮层电刺激可以提高他们玩电脑游戏的水平。在游戏中，他们扮演出租车司机，需要快速学习和记住在哪里停车，让乘客在虚拟城市下车。现在弗里德将把从这项研究中获得的数据应用于设计如何刺激创伤性脑损伤患者的内嗅皮层和海马(另一个在记忆中起关键作用的区域)，并让这两个区域一起工作来帮助患者将日常生活经验转化为长期记忆。

如果这些尝试成功，研究人员最终将有望进行临床试验的第一阶段，为创伤性脑损伤患者植入脑深部电刺激设备。然而，苏姆斯基指出，研究人员可以用癫痫作为模型来推进研究，但是过度依赖这个模型会给研究带来问题。创伤性脑损伤患者的表现并不总是与精神障碍患者一致。癫痫患者的脑萎缩面积和脑电活动紊乱模式与前者完全不同。

麻省理工学院的神经科学家罗杰·雷东多认为，该项目的成功还在很大程度上取决于患者大脑受到了何种损伤。如果记忆仍然存在，但很难连接或恢复，那么电刺激是一种有效的方法。然而，如果记忆连接从未建立或已经完全损坏，那么植入的装置将没有效果。

雷东多认为，很难确定哪些细胞与记忆有关，更难使用电刺激进行精确调试来帮助修复受损的记忆。雷东多说:“人脑和海马体的结构非常复杂。微电极电压的微小变化，即使受影响的区域非常小，也会导致几次神经元失去控制。”

然而，研究人员对帕金森氏症和强迫症等精神疾病的研究结果让卡哈纳深受鼓舞。研究表明，电刺激可以有效治疗这些疾病，尽管研究人员还没有完全理解电刺激如何在细胞水平上改变大脑回路。癫痫记忆的生物标记将作为一个灯塔来引导受损的大脑恢复正常。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)主动内存恢复计划(ram)负责人贾斯汀·桑切斯(Justin Sanchez)表示，内存面临巨大挑战。随机存取存储器是美国*利用先进创新的神经技术建立的1.1亿美元大脑研究项目的一部分。美国现在有27万名从伊拉克和阿富汗返回的士兵，他们被诊断患有创伤性脑损伤，迫切需要科学进步和技术创新来帮助他们度过难关。桑切斯说:“与现有的处理技术相比，我们的研究是一个开创性的新方法。”(段鑫)

《中国科学日报》(2014年7月30日，第三版国际版)

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