斯坦福大學(xué)開發(fā)下一代腦電裝置 可找回恢復(fù)失去的大腦功能

據(jù)悉，能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學(xué)正在開發(fā)的一種裝置，可以通過測量大腦對電流刺激它的療法的反應(yīng)來幫助恢復(fù)失去的大腦功能。

這種方法可以開辟治療大腦疾病的新途徑，并有選擇地開啟和關(guān)閉大腦活動。安東尼·諾西亞斯坦福大學(xué)的心理學(xué)教授，他發(fā)起了這個項目。

通過放置在頭皮上的電極進(jìn)行神經(jīng)刺激顯示出很大的希望，但它的即時效應(yīng)很難研究，因為研究人員發(fā)送到大腦的數(shù)百萬倍的更強的脈沖很容易淹沒大腦的神經(jīng)反應(yīng)。為了檢測出更微弱的大腦反應(yīng)，科學(xué)家們必須在刺激前后的不同時段監(jiān)測腦電波和行為反應(yīng)。這種新裝置在實際應(yīng)用刺激的同時測量腦電波，有可能在兩者之間建立更好的聯(lián)系

“這種裝置的工作原理類似于雷達(dá)，雷達(dá)發(fā)射電磁波，被動地監(jiān)聽反射較弱的波，”SLAC資深科學(xué)家表示?！拔覀兺ㄟ^腦電圖監(jiān)測系統(tǒng)的電極向頭部發(fā)送電脈沖，而在這些強脈沖之間，我們使用相同的電極從頭部內(nèi)部接收微弱得多的電信號?！?/p>

刺激電腦

我們的大腦是由數(shù)千億個神經(jīng)元組成的錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，任何干擾這個網(wǎng)絡(luò)的東西，比如不正常的大腦發(fā)育或中風(fēng)，都會導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病，包括癲癇、抑郁、焦慮、視力障礙、慢性疼痛和癱瘓。

刺激腦組織改變神經(jīng)元的激發(fā)方式，幫助大腦形成神經(jīng)聯(lián)系。Norcia的研究集中于將該方法應(yīng)用于弱視(懶惰眼)和斜視(交叉眼)等視力損害的病例，以及更好地理解雙目競爭等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象描述了這樣一個事實：當(dāng)同時呈現(xiàn)兩種不同的圖像時，我們一次只能意識到一種現(xiàn)象。

Norcia的小組開發(fā)的模型描述了大腦視覺中心的電活動如何輻射到頭皮，在那里它可以被腦電圖捕捉和測量。他們還開發(fā)了將電脈沖傳遞到大腦特定位置的模型，在那里他們改變了與視覺相關(guān)的大腦功能。

諾西亞說：“我們的模型給了我們一個很好的想法，那就是如何設(shè)計一個電極陣列，以達(dá)到大腦內(nèi)部的特定體積?！薄暗覀円蚕Ｍ軌颉畠A聽’大腦的反應(yīng)，同時確定一個應(yīng)用的刺激是否具有預(yù)期的效果?！?/p>

今天的臨床腦電圖系統(tǒng)不可能同時做到這一點，但由于與SLAC的合作，這種情況可能很快就會改變。

一種新型腦電

為了尋找技術(shù)挑戰(zhàn)的解決方案，諾西亞開始與肯尼交談，肯尼專門為研究自然界最基本的物理過程的SLAC實驗開發(fā)探測器，并且馬丁·布萊登巴赫，SLAC和斯坦福大學(xué)粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)教授。

布雷登巴赫說：“在SLAC，我們正試圖回答一些關(guān)于我們宇宙的重大問題，并弄清楚人類的思維是如何運作的。”“我們當(dāng)然有工程技能和資源來幫助神經(jīng)科學(xué)的一些技術(shù)問題。由于我們在高能物理方面的背景，我們也習(xí)慣于多學(xué)科的合作，并知道如何使它們發(fā)揮作用?！?/p>

大約一年后，該項目獲得資金通過斯坦福Bio-X該團(tuán)隊已經(jīng)成功地測試了一種腦電系統(tǒng)的原型，該系統(tǒng)能夠提供腦電刺激，同時測量大腦的持續(xù)活動。

為了做到這一點，他們將傳統(tǒng)腦電圖監(jiān)控器的電子板與另一個他們建造的提供9伏電池產(chǎn)生的電刺激裝置配對。然后他們成功地在自己身上測試了這個裝置。

走向醫(yī)療

在開始對更多人群進(jìn)行研究之前，還需要做更多的工作。例如，未來版本的設(shè)備將有更多的電極，并將提供更多的控制方式的脈沖傳送。

“現(xiàn)在，我們基本上可以打開和關(guān)閉刺激，設(shè)置它們的強度和持續(xù)時間，”SLAC的杰夫·奧爾森一個電氣工程師在這個項目上?！霸谙乱淮?，我們將能夠編程設(shè)備，這將使我們選擇不同類型的信號形狀，并同步電信號與其他外部觸發(fā)器，如視覺刺激。”

但團(tuán)隊的計劃并不止步于此。“從長遠(yuǎn)來看，我們希望在芯片上開發(fā)一種設(shè)備，”肯尼說。無論病人去哪里都可以得到神經(jīng)刺激。