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深度脑部刺激或无需电极

作者:阿默科技发表时间:2017-06-09

 

近日,美国麻省理工学院(MIT)研究人员开发出一种深度激发大脑内部神经元的方法,无需使用当前深度脑部刺激所需的植入装置。在发表于《细胞》杂志的论文中,研究人员通过操控小鼠头部的电极,让它的耳朵、爪子和胡须摇动。这种被称为时间干涉(TI)刺激的新技术为大脑研究打开了另一扇门。


目前的深度脑部刺激法都需要将电极植入大脑。医生通常会谨慎使用该手段,仅限于对帕金森等严重疾病进行该侵入性治疗。而经颅磁刺激和其他非侵入性技术,刺激大脑表面区域的效果较好,但难以作用于大脑深层区域。


“真正的问题是,我们应如何刺激大脑深部的目标,而不影响其周围区域。”论文通讯作者、MIT 麦戈文脑部研究所教授Ed Boyden说。


据悉,TI 刺激利用了神经元的生物物理特性——这使得它们只会响应低频电信号。由于这些特性,高频电信号可以穿过大脑而不会激发很多神经元。TI 刺激就是通过将两个或更多高频电信号发送到大脑深部的目标,这些信号会穿过大脑的外围区域,直到相遇于目标部位,并发生相互干涉。使用时,人们可预先设定两个频率相差很小的信号及其相遇的位置,以便目标神经元感受到低频包络电波。


研究人员通过大脑物理实体模型计算机建模和活体小鼠实验,测试了 TI 刺激,并采用 c -fos 蛋白标记了神经元的活动。结果显示,该电信号可激发大脑中的目标区域,而不是其外围的区域。通过在 3D 空间内操控 TI 刺激的参数,研究人员还能让小鼠的爪、胡须和耳朵左右交替活动。但研究人员尚不确定神经元在这里是如何运作的。


此外,Boyden、第一作者Nir Grossman和同事,还在多次安全实验中证实了 TI 刺激不会损害脑组织、诱发癫痫或者导致热脑细胞过热。但电刺激植入装置可以比 TI 刺激更集中地作用于特定脑部区域,正是由于这一特点其可以治疗某些病症。不过,其他一些疾病患者可能会受益于更加广泛的深度脑部刺激,如中风、创伤性脑损伤和失忆症。目前,研究者计划在人类志愿者身上进行 TI 刺激研究。


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