彻底改变大脑健康：莱斯大学发明微型植入式脑刺激器

莱斯大学的工程师们开发出了首个在人类患者身上起作用的微型脑刺激器。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

这种被称为"数字可编程过脑治疗器"（DOT）的设备可以为耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗带来革命性的变化，因为它提供了一种替代疗法，与目前基于神经刺激的疗法相比，它能为患者提供更大的自主性和可及性，与其他脑机接口（BCI）相比，它的侵入性更小。

莱斯大学电气与计算机工程系和生物工程系教授罗宾逊说："在这篇论文中，我们展示了我们的设备，它只有豌豆大小，可以激活运动皮层，从而使患者移动他们的手。未来，我们可以将植入物放置在大脑的其他部位，比如前额叶皮层，我们希望它能改善抑郁症或其他疾病患者的执行功能"。

现有的植入式脑刺激技术由相对较大的电池供电，这些电池需要放置在身体其他部位的皮下，并通过较长的导线与刺激装置相连。这种设计上的限制需要进行更多的手术，使患者承受更大的硬件植入负担、电线断裂或失效的风险，以及未来更换电池手术的需要。

莱斯大学的雅各布-罗宾逊（Jacob Robinson）和他的研究团队开发出了最小的植入式脑刺激器，并在人类患者身上进行了演示，这将彻底改变抗药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗方法。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

罗宾逊实验室的电气工程研究生、发表在《科学进展》（Science Advances）上的这项研究的第一作者约书亚-伍兹（Joshua Woods）解释说："我们通过使用外部发射器为设备无线供电，消除了对电池的需求。"莱斯大学应用物理学专业的前研究生、现就职于 Motif Neurotech 公司的阿曼达-辛格（Amanda Singer）也是该研究的第一作者。

该技术依赖于一种能将磁场转换为电脉冲的材料。这种转换过程在小范围内非常有效，并且具有良好的错位容差，这意味着它不需要复杂或微小的操作来激活和控制。该设备的宽度为 9 毫米，可提供 14.5 伏电压的刺激。

罗宾逊说："我们的植入物通过这种磁电效应获得全部能量。"罗宾逊是 Motif 公司的创始人兼首席执行官，Motif 公司是通过莱斯大学生物技术启动平台成立的一家初创公司，该公司正致力于将这种设备推向市场。

Motif是几家神经技术公司之一，这些公司正在探索BCIs在彻底改变神经系统疾病治疗方法方面的潜力。罗宾逊说："神经刺激是实现精神健康领域疗法的关键，因为药物的副作用和缺乏疗效使许多人没有适当的治疗选择。"

临床测试和未来方向

研究人员在一名人类患者身上对该装置进行了临时测试，用它来刺激大脑运动皮层--大脑中负责运动的部分--并产生手部运动反应。接下来，他们在猪身上展示了该装置与大脑的稳定接口，持续时间为30天。

伍兹说："这在以前是没有过的，因为要通过硬脑膜刺激大脑所需的信号质量和强度在以前是不可能的，这么小的植入物是不可能通过无线功率传输的。"

罗宾逊设想在家中就能使用这项技术。医生会开出治疗处方，并提供设备使用指南，但患者仍可完全控制治疗方法："回到家中，病人戴上帽子或可穿戴设备，为植入物供电并与之通信，按下 iPhone 或智能手表上的'开始'按钮，然后植入物发出的电刺激将激活大脑内部的神经元网络。"

植入手术需要进行 30 分钟的微创手术，将装置植入大脑上方的骨头中。植入物和切口几乎看不见，病人当天就可以回家。

约书亚-伍兹（左起）、雅各布-罗宾逊和法蒂玛-阿尔拉什丹。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

贝勒医学院神经外科教授兼研究副主席、麦克奈尔奖学金获得者、卡伦基金会捐赠主席谢斯说："心脏起搏器是心脏护理中非常常规的一部分。在神经和精神疾病方面，与之相对应的是脑深部刺激（DBS），这听起来很可怕，而且是侵入性的。深部脑刺激实际上是一种相当安全的手术，但它仍然是脑外科手术，它的可感知风险会给愿意接受它并可能从中受益的人数设定一个很低的上限。这就是这种技术的用武之地。在门诊手术中心做一个 30 分钟的小手术，只不过是皮肤手术，比起 DBS 更容易被接受。因此，如果我们能证明它与更具侵入性的替代疗法一样有效，那么这种疗法很可能会对心理健康产生更大的影响。"

但对于抑郁症和强迫症等疾病，每天只需几分钟的刺激就足以使目标神经元网络的功能发生预期的变化。

关于下一步计划，罗宾逊说，在研究方面，他"真正感兴趣的是创建植入物网络，以及创建可以刺激和记录的植入物，这样它们就可以根据你自己的大脑特征提供自适应的个性化疗法"。从治疗开发的角度来看，Motif Neurotech 公司正在寻求美国食品和药物管理局（FDA）的批准，以便在人体中进行长期临床试验。患者和护理人员可以登录Motif Neurotech 网站，了解这些试验的开始时间和地点。

编译来源：ScitechDaily