非入侵精準刺激深層大腦，無(wú)創(chuàng )攻克腦科疾病

　　對參與運動(dòng)控制的腦區給予電流刺激，這一方法已被成功運用到許多帕金森病患者的治療當中。這種被稱(chēng)為深部腦刺激的治療方法需要將電極植入到患者腦中——這是一個(gè)對患者有一定風(fēng)險的復雜手術(shù)。

　　現在，來(lái)自麻省理工學(xué)院的研究人員與貝斯以色列女執事醫療中心（BethIsraelDeaconessMedicalCenter(BIDMC)）以及ITIS基金（信息技術(shù)研究協(xié)會(huì )基金會(huì )）一道，提出一種可以使用放在頭皮上的電極刺激大腦深層腦區的方法。這種方法可以使深層腦刺激療法變得無(wú)創(chuàng )，風(fēng)險更低，成本更低，更適合患者使用。

　　“傳統的深層腦刺激療法需要打開(kāi)顱骨，植入電極，這可能會(huì )導致并發(fā)癥。此外，只有少數人可以做這種神經(jīng)外科手術(shù)”，麻省理工學(xué)院生物工程與腦和認知科學(xué)部門(mén)的副教授，本研究的資深作者艾德·鮑登（EdBoyden）這樣對記者表示說(shuō)。本研究已經(jīng)發(fā)表在6月1日《細胞》（Cell）期刊上。

　　醫生正在利用深層腦刺激療法治療部分強迫癥、癲癇和抑郁癥患者，并在探索使用這種療法來(lái)治療其他疾病的可能性，比如自閉癥。研究人員表示，新的非侵入性療法可以使深層腦刺激更適宜治療其他疾病。本文的第一作者，現工作于美國麻省理工大學(xué)和BIDMC，前惠康信托-麻省理工學(xué)院的博士后，尼爾·格羅斯曼（NirGrossman）表示：“借助非侵入性大腦結構刺激的能力，我們希望幫助發(fā)現治療腦部疾病的新目標。”

　　深層結構

　　用于治療帕金森綜合癥的電極通常被植入到下丘腦核內，這是一個(gè)位于丘腦下方的透鏡狀結構，埋在大腦深處。對于很多帕金森病患者來(lái)講，在這個(gè)腦區傳遞電脈沖可以改善患者的癥狀，但植入電極的手術(shù)會(huì )帶來(lái)包括腦出血和感染在內的風(fēng)險。

　　其他研究人員嘗試使用包括已經(jīng)被FDA批準、用于治療抑郁癥的經(jīng)顱磁刺激（TMS）等技術(shù)無(wú)創(chuàng )刺激大腦。由于TMS是非侵入性療法，它也被用于正常人類(lèi)受試者，來(lái)進(jìn)行認知、情感、感覺(jué)和運動(dòng)等方面基本科學(xué)的研究。然而，利用TMS進(jìn)行大腦深層結構刺激可能會(huì )同時(shí)造成淺層腦區也受到強烈刺激，導致多個(gè)腦部局域網(wǎng)絡(luò )被同時(shí)影響調制。

　　麻省理工學(xué)院的團隊利用被稱(chēng)為時(shí)間干擾（temporalinterference）的現象，通過(guò)放置在頭皮上的電極向大腦深處傳遞電刺激。

　　這種策略需要放置在大腦外的電極產(chǎn)生兩股高頻電流。這些電流電場(chǎng)速度太快，無(wú)法直接進(jìn)行神經(jīng)元的驅動(dòng)，然而，兩股電流彼此干擾，在腦部深層區域交互，從而在神經(jīng)元內部產(chǎn)生一小股低頻電流。這種低頻電流可以驅動(dòng)神經(jīng)元的電活動(dòng)，而高頻電流則能毫無(wú)影響地通過(guò)周?chē)慕M織。

　　通過(guò)調整這些電流的頻率，改變電極的數量和位置，研究人員可以控制接收到低頻刺激的腦組織的大小和位置。他們可以瞄準大腦深層任意位置，而不影響其他周?chē)哪X組織結構。他們也可以通過(guò)僅僅改變電流自身來(lái)引導受到刺激的位置，而不需要移動(dòng)電極。通過(guò)這種刺激大腦深層目標的方法，可以用于治療用途，也可以用于基礎科學(xué)研究。

　　麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗室和麥戈文（McGovern）腦研究所的成員博伊登（Boyden）說(shuō)：“你可以避開(kāi)表層覆蓋的神經(jīng)元，到達深層目標，不過(guò)空間分辨率不如（傳統）的深層腦刺激。”

　　未參與本研究的牛津大學(xué)神經(jīng)外科教授蒂普·阿齊茲（TipuAziz）這樣評論到：“理論上只需要兩股電流，就可以改變作用點(diǎn)，這實(shí)在是太美妙了。我看到了這種技術(shù)使得非侵入性深部腦刺激成為便攜療法在未來(lái)的可能性。如果不單單是在小鼠身上，在大型模型動(dòng)物身上也能發(fā)揮作用，那我將會(huì )更加樂(lè )觀(guān)。”

　　定點(diǎn)刺激

　　麻省理工學(xué)院皮考爾（Picower）學(xué)習與記憶研究所所長(cháng)蔡惠輝（Li-HueiTsai）及其實(shí)驗室的研究人員在小鼠身上測試了這種技術(shù)，發(fā)現他們可以刺激包括海馬體在內大腦深層的小區域。他們也能改變受到刺激的區域，使其能激活運動(dòng)皮質(zhì)的不同區域，控制小鼠移動(dòng)四肢，耳朵或胡須。

　　“已經(jīng)證實(shí)，我們能非常精確地定位瞄準某一大腦區域，不僅能引發(fā)激活神經(jīng)元，而且能激活對應的行為反應，”本文的作者蔡先生說(shuō)，“我認為這是非常使人興奮的，因為帕金森病和其他運動(dòng)障礙似乎源自大腦某一特定腦區，如果你能瞄準作用到這個(gè)區域，你就有可能扭轉治療它。”

　　尤為顯著(zhù)的是，在海馬體實(shí)驗當中，該技術(shù)沒(méi)有激活大腦皮層中的神經(jīng)元，而這一區域就位于顱骨電極和腦內目標之間。研究人員還發(fā)現，沒(méi)有任何大腦部位受到了有害影響。

　　去年，蔡證實(shí)使用光線(xiàn)可視性誘導特定頻率的腦電波可以大大減小老鼠腦中的β淀粉樣斑塊，這種蛋白塊會(huì )在阿爾茨海默病中被發(fā)現。她現在計劃研究這種電刺激能否提供一種產(chǎn)生相同類(lèi)型有益腦電波的新方法。