研究人員近日在美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會舉行的年會上報告說，他們研制出了一臺名為Harmoni的深部腦刺激(DBS)植入設(shè)備，首次能夠在進(jìn)行電刺激的同時，監(jiān)測大腦內(nèi)部的電反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。該設(shè)備已經(jīng)在大鼠和豬等實驗動物身上進(jìn)行了測試。

深部腦刺激技術(shù)長期以來被用于治療運動障礙，但現(xiàn)在已迅速發(fā)展為針對包括抑郁癥、抽動穢語綜合征、強迫癥甚至老年癡呆癥等神經(jīng)疾病的一種實驗性療法。盡管相關(guān)治療取得了一些令人鼓舞的成果，但關(guān)于植入大腦深部的刺激設(shè)備所傳遞的電脈沖是如何影響神經(jīng)回路和改變患者行為的，科學(xué)家所知并不多。現(xiàn)在，這個深部腦刺激設(shè)備原型或許能夠提供一些答案。

“這是我們此前在人類身上無法真正獲取的新數(shù)據(jù)。”未參與這項研究的凱斯西儲大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師卡梅倫·麥金太爾說。

該團隊希望，這個設(shè)備能夠確定大腦中哪些電信號和化學(xué)信號與一些癥狀的存在和嚴(yán)重性實時相關(guān)，比如帕金森氏癥患者所經(jīng)歷的震顫。這些信息有助于揭示腦深部刺激在何處和如何發(fā)揮其對大腦的治療性影響，以及為什么有時候會失敗。

Harmoni是基于現(xiàn)有深部腦刺激技術(shù)的電子記錄能力研發(fā)而成的，其增添了應(yīng)用于動物研究的化學(xué)傳感技術(shù)。該設(shè)備采用一種被稱為快速掃描循環(huán)伏安的方法，在大腦內(nèi)施加一個局部電壓變化，將電子短暫拉離特定的神經(jīng)遞質(zhì)，從而產(chǎn)生可以測量的電流。神經(jīng)遞質(zhì)是大腦中激活或抑制神經(jīng)元的化學(xué)物質(zhì)，每個神經(jīng)遞質(zhì)分子生成的電化學(xué)簽名不同，每隔10毫秒，就可以根據(jù)簽名來識別神經(jīng)遞質(zhì)并估測它的濃度。

研究團隊已經(jīng)利用大鼠和豬對Harmoni系統(tǒng)的一部分進(jìn)行了測試。手術(shù)中，他們先通過功能性磁共振成像技術(shù)找到對植入部位的電脈沖作出響應(yīng)的大腦區(qū)域，然后在此插入化學(xué)和電子傳感器，就能夠合成一幅顯示神經(jīng)元如何受激并釋放出何種神經(jīng)遞質(zhì)作為響應(yīng)的圖像。

動物實驗的初步結(jié)果表明，通過刺激底丘腦核，Harmoni能夠測量出大腦尾狀核中神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺水平的上升。而這正是建議用深部腦刺激法治療帕金森氏病采用的機制之一。該設(shè)備的人體試驗也在逐步推進(jìn)中。但研究項目負(fù)責(zé)人、梅奧醫(yī)學(xué)中心的神經(jīng)外科醫(yī)生肯德爾·李表示，這項研究還處于早期階段，他們正設(shè)法讓記錄電極更耐用，同時讓設(shè)備更加小型化，以便能夠植入患者體內(nèi)。

研究的合作者、孟菲斯大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家查爾斯·布拉哈強調(diào)，還需要深入了解大腦的健康和紊亂狀態(tài)分別用何種電化學(xué)簽名來描述，以及如何刺激大腦才能使其保持健康模式。