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科学家开发出无创的深部脑电刺激方法

健康 89xy 1周前 (10-11) 11次浏览

目前使用脑深部电刺激的治疗需要外科医生打开颅骨,并将电极植入大脑。现在,在一项使用小鼠的新研究中,科学家们展示了一种叫做暂时干扰刺激的非侵入性方法,它使用放置在头皮上的电极来电刺激大脑深处的区域。这项实验技术不需要外科植入物,也不会干扰表面脑组织。

科学家开发出无创的深部脑电刺激方法

最近的一项研究结果发现,使用TI刺激可以无创地进行DBS。

在《细胞》杂志上发表的一篇论文中,研究人员——包括剑桥麻省理工学院(MIT)的一个团队——报告了他们如何在小鼠大脑上测试新的时间干扰(TI)刺激方法。

深度脑刺激(DBS)最初是作为一种治疗方法开发的,以减轻帕金森氏病的症状,这些症状通常包括无法控制的运动、僵硬、震颤和行走问题。

在目前的DBS方法中,电刺激是通过两个电极传递的,这两个电极必须通过手术植入大脑。

然而,由于其侵入性,这种DBS方法带有感染、中风和大脑出血的风险。

无创脑刺激技术——如被批准用于治疗抑郁症的经颅磁刺激——在刺激大脑表面附近的组织方面非常有效。

不幸的是,它们在刺激大脑深层区域方面效果较差,尤其是在不干扰表层区域的情况下。

钛刺激选择性地针对大脑深层区域

TI刺激依赖于这样一个事实,即在头皮上放置高频电极导致来自每个电极的频率太高,电流无法单独刺激神经元;细胞的生物物理特性只允许它们被低频电流激发。

然而,设置高频电流,使它们的频率略有不同,在它们相交的地方,允许它们产生小面积的低频电流,可以刺激神经元。

例如,可以将发送4000赫兹信号的电极放置在头部的一侧,而将发送4001赫兹信号的另一个电极放置在头部的另一侧。

这正是研究人员所做的:他们在头皮电极中建立高频电流,使它们在活老鼠大脑深处的特定区域相遇。

他们首先用计算机模型在物理模型中测试了这种方法,然后根据这些结果,他们在老鼠身上进行了测试。

使用一种叫做c-Fos神经元标记的技术,他们证实了TI电信号只激发目标区域的脑细胞,而不会干扰高频电流通过的表面组织中的神经元。

在他们的研究论文中,作者描述了他们如何使用钛刺激来瞄准海马体和老鼠大脑深处的其他小区域。

他们展示了如何通过改变电信号的频率和改变外部电极的数量和位置来控制大脑深处目标区域的大小和位置。

他们指出,甚至有可能选择性地刺激部分运动皮层,让老鼠移动它们的胡须、耳朵、左爪和右爪。

技术可能会提供治疗和研究大脑的新方法

2016年,研究人员之一、麻省理工学院神经科学教授蔡立辉教授(Li-Huei Tsai)用老鼠证明了一种光疗法可能为阿尔茨海默病提供一种无创治疗。

这项技术将闪烁的光照射到眼睛中,在大脑中建立特定频率的振荡,导致淀粉样斑块的神经元水平降低——淀粉样斑块是阿尔茨海默病的一个已知标志。

蔡教授说,她现在想知道钛刺激是否会有类似的效果。

研究人员还计划研究钛刺激对人类的影响。他们看到了不仅用于治疗脑部疾病,而且用于研究脑部疾病的潜力。

他们指出,TI刺激可能无法像DBS那样精确地靶向大脑区域,因此侵入性技术最终可能仍然是帕金森病的首选治疗方法。

然而,他们建议这种非侵入性技术仍然可以使患有其他疾病的患者受益,如中风、记忆丧失和创伤性脑损伤,这些疾病不需要精确的DBS分辨率。

“凭借无创刺激大脑结构的能力,我们希望能够帮助发现治疗大脑疾病的新靶点。”

第一作者英国伦敦帝国理工学院尼尔·格罗斯曼博士

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