非入侵精準(zhǔn)刺激深層大腦，無創(chuàng)攻克腦科疾病

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

　　現(xiàn)在，來自麻省理工學(xué)院的研究人員與貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心（BethIsraelDeaconessMedicalCenter(BIDMC)）以及ITIS基金（信息技術(shù)研究協(xié)會基金會）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(qū)的方法。這種方法可以使深層腦刺激療法變得無創(chuàng)，風(fēng)險更低，成本更低，更適合患者使用。

　　“傳統(tǒng)的深層腦刺激療法需要打開顱骨，植入電極，這可能會導(dǎo)致并發(fā)癥。此外，只有少數(shù)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(rèn)知科學(xué)部門的副教授，本研究的資深作者艾德·鮑登（EdBoyden）這樣對記者表示說。本研究已經(jīng)發(fā)表在6月1日《細(xì)胞》（Cell）期刊上。

　　醫(yī)生正在利用深層腦刺激療法治療部分強(qiáng)迫癥、癲癇和抑郁癥患者，并在探索使用這種療法來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(xiàn)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(jié)構(gòu)刺激的能力，我們希望幫助發(fā)現(xiàn)治療腦部疾病的新目標(biāo)。”

　　深層結(jié)構(gòu)

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

　　其他研究人員嘗試使用包括已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)、用于治療抑郁癥的經(jīng)顱磁刺激（TMS）等技術(shù)無創(chuàng)刺激大腦。由于TMS是非侵入性療法，它也被用于正常人類受試者，來進(jìn)行認(rèn)知、情感、感覺和運(yùn)動等方面基本科學(xué)的研究。然而，利用TMS進(jìn)行大腦深層結(jié)構(gòu)刺激可能會同時造成淺層腦區(qū)也受到強(qiáng)烈刺激，導(dǎo)致多個腦部局域網(wǎng)絡(luò)被同時影響調(diào)制。

　　麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊利用被稱為時間干擾（temporalinterference）的現(xiàn)象，通過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。這些電流電場速度太快，無法直接進(jìn)行神經(jīng)元的驅(qū)動，然而，兩股電流彼此干擾，在腦部深層區(qū)域交互，從而在神經(jīng)元內(nèi)部產(chǎn)生一小股低頻電流。這種低頻電流可以驅(qū)動神經(jīng)元的電活動，而高頻電流則能毫無影響地通過周圍的組織。

　　通過調(diào)整這些電流的頻率，改變電極的數(shù)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(zhǔn)大腦深層任意位置，而不影響其他周圍的腦組織結(jié)構(gòu)。他們也可以通過僅僅改變電流自身來引導(dǎo)受到刺激的位置，而不需要移動電極。通過這種刺激大腦深層目標(biāo)的方法，可以用于治療用途，也可以用于基礎(chǔ)科學(xué)研究。

　　麻省理工學(xué)院媒體實驗室和麥戈文（McGovern）腦研究所的成員博伊登（Boyden）說：“你可以避開表層覆蓋的神經(jīng)元，到達(dá)深層目標(biāo)，不過空間分辨率不如（傳統(tǒng)）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，這實在是太美妙了。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的可能性。如果不單單是在小鼠身上，在大型模型動物身上也能發(fā)揮作用，那我將會更加樂觀。”

　　定點刺激

　　麻省理工學(xué)院皮考爾（Picower）學(xué)習(xí)與記憶研究所所長蔡惠輝（Li-HueiTsai）及其實驗室的研究人員在小鼠身上測試了這種技術(shù)，發(fā)現(xiàn)他們可以刺激包括海馬體在內(nèi)大腦深層的小區(qū)域。他們也能改變受到刺激的區(qū)域，使其能激活運(yùn)動皮質(zhì)的不同區(qū)域，控制小鼠移動四肢，耳朵或胡須。

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

　　尤為顯著的是，在海馬體實驗當(dāng)中，該技術(shù)沒有激活大腦皮層中的神經(jīng)元，而這一區(qū)域就位于顱骨電極和腦內(nèi)目標(biāo)之間。研究人員還發(fā)現(xiàn)，沒有任何大腦部位受到了有害影響。

　　去年，蔡證實使用光線可視性誘導(dǎo)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，這種蛋白塊會在阿爾茨海默病中被發(fā)現(xiàn)。她現(xiàn)在計劃研究這種電刺激能否提供一種產(chǎn)生相同類型有益腦電波的新方法。