研究人員近日在美國神經(jīng)科學學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)植入設備，首次能夠在進行電刺激的同時，監(jiān)測大腦內(nèi)部的電反應和化學反應。該設備已經(jīng)在大鼠和豬等實驗動物身上進行了測試。
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，科學家所知并不多。現(xiàn)在，這個深部腦刺激設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生物醫(yī)學工程師卡梅倫·麥金太爾說。
該團隊希望，這個設備能夠確定大腦中哪些電信號和化學信號與一些癥狀的存在和嚴重性實時相關(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，其增添了應用于動物研究的化學傳感技術(shù)。該設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)元的化學物質(zhì)，每個神經(jīng)遞質(zhì)分子生成的電化學簽名不同，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的大腦區(qū)域，然后在此插入化學和電子傳感器，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。該設備的人體試驗也在逐步推進中。但研究項目負責人、梅奧醫(yī)學中心的神經(jīng)外科醫(yī)生肯德爾·李表示，這項研究還處于早期階段，他們正設法讓記錄電極更耐用，同時讓設備更加小型化，以便能夠植入患者體內(nèi)。
研究的合作者、孟菲斯大學神經(jīng)科學家查爾斯·布拉哈強調(diào)，還需要深入了解大腦的健康和紊亂狀態(tài)分別用何種電化學簽名來描述，以及如何刺激大腦才能使其保持健康模式。
