徹底改變大腦健康：萊斯大學發明微型植入式腦刺激器

萊斯大學（Rice University）的工程師們開發出了在人類患者身上演示過的最小的植入式腦刺激器。由於採用了開創性的磁電動力傳輸技術，雅各布-羅賓遜（Jacob Robinson）的萊斯大學實驗室與莫蒂夫神經技術公司（Motif Neurotech）以及臨牀醫生薩邁爾-謝思（Sameer Sheth）博士和蘇尼爾-謝思（Sunil Sheth）博士合作開發的豌豆大小的設備可以通過外部發射器無線供電，並通過硬腦膜--連接在頭骨底部的保護膜--刺激大腦。

萊斯大學的工程師們開發出了首個在人類患者身上起作用的微型腦刺激器。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

這種被稱爲"數字可編程過腦治療器"（DOT）的設備可以爲耐藥性抑鬱症和其他精神或神經疾病的治療帶來革命性的變化，因爲它提供了一種替代療法，與目前基於神經刺激的療法相比，它能爲患者提供更大的自主性和可及性，與其他腦機接口（BCI）相比，它的侵入性更小。

萊斯大學電氣與計算機工程系和生物工程系教授羅賓遜說："在這篇論文中，我們展示了我們的設備，它只有豌豆大小，可以激活運動皮層，從而使患者移動他們的手。未來，我們可以將植入物放置在大腦的其他部位，比如前額葉皮層，我們希望它能改善抑鬱症或其他疾病患者的執行功能"。

現有的植入式腦刺激技術由相對較大的電池供電，這些電池需要放置在身體其他部位的皮下，並通過較長的導線與刺激裝置相連。這種設計上的限制需要進行更多的手術，使患者承受更大的硬件植入負擔、電線斷裂或失效的風險，以及未來更換電池手術的需要。

萊斯大學的雅各布-羅賓遜（Jacob Robinson）和他的研究團隊開發出了最小的植入式腦刺激器，並在人類患者身上進行了演示，這將徹底改變抗藥性抑鬱症和其他精神或神經疾病的治療方法。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

羅賓遜實驗室的電氣工程研究生、發表在《科學進展》（Science Advances）上的這項研究的第一作者約書亞-伍茲（Joshua Woods）解釋說："我們通過使用外部發射器爲設備無線供電，消除了對電池的需求。"萊斯大學應用物理學專業的前研究生、現就職於 Motif Neurotech 公司的阿曼達-辛格（Amanda Singer）也是該研究的第一作者。

該技術依賴於一種能將磁場轉換爲電脈衝的材料。這種轉換過程在小範圍內非常有效，並且具有良好的錯位容差，這意味着它不需要複雜或微小的操作來激活和控制。該設備的寬度爲 9 毫米，可提供 14.5 伏電壓的刺激。

羅賓遜說："我們的植入物通過這種磁電效應獲得全部能量。"羅賓遜是 Motif 公司的創始人兼首席執行官，Motif 公司是通過萊斯大學生物技術啓動平臺成立的一家初創公司，該公司正致力於將這種設備推向市場。

Motif是幾家神經技術公司之一，這些公司正在探索BCIs在徹底改變神經系統疾病治療方法方面的潛力。羅賓遜說："神經刺激是實現精神健康領域療法的關鍵，因爲藥物的副作用和缺乏療效使許多人沒有適當的治療選擇。"

臨牀測試和未來方向

研究人員在一名人類患者身上對該裝置進行了臨時測試，用它來刺激大腦運動皮層--大腦中負責運動的部分--併產生手部運動反應。接下來，他們在豬身上展示了該裝置與大腦的穩定接口，持續時間爲30天。

伍茲說："這在以前是沒有過的，因爲要通過硬腦膜刺激大腦所需的信號質量和強度在以前是不可能的，這麼小的植入物是不可能通過無線功率傳輸的。"

羅賓遜設想在家中就能使用這項技術。醫生會開出治療處方，並提供設備使用指南，但患者仍可完全控制治療方法："回到家中，病人戴上帽子或可穿戴設備，爲植入物供電並與之通信，按下 iPhone 或智能手錶上的'開始'按鈕，然後植入物發出的電刺激將激活大腦內部的神經元網絡。"

植入手術需要進行 30 分鐘的微創手術，將裝置植入大腦上方的骨頭中。植入物和切口幾乎看不見，病人當天就可以回家。

約書亞-伍茲（左起）、雅各布-羅賓遜和法蒂瑪-阿爾拉什丹。圖片來源：Jeff Fitlow/萊斯大學

貝勒醫學院神經外科教授兼研究副主席、麥克奈爾獎學金獲得者、卡倫基金會捐贈主席謝斯說："心臟起搏器是心臟護理中非常常規的一部分。在神經和精神疾病方面，與之相對應的是腦深部刺激（DBS），這聽起來很可怕，而且是侵入性的。深部腦刺激實際上是一種相當安全的手術，但它仍然是腦外科手術，它的可感知風險會給願意接受它並可能從中受益的人數設定一個很低的上限。這就是這種技術的用武之地。在門診手術中心做一個 30 分鐘的小手術，只不過是皮膚手術，比起 DBS 更容易被接受。因此，如果我們能證明它與更具侵入性的替代療法一樣有效，那麼這種療法很可能會對心理健康產生更大的影響。"

但對於抑鬱症和強迫症等疾病，每天只需幾分鐘的刺激就足以使目標神經元網絡的功能發生預期的變化。

關於下一步計劃，羅賓遜說，在研究方面，他"真正感興趣的是創建植入物網絡，以及創建可以刺激和記錄的植入物，這樣它們就可以根據你自己的大腦特徵提供自適應的個性化療法"。從治療開發的角度來看，Motif Neurotech 公司正在尋求美國食品和藥物管理局（FDA）的批准，以便在人體中進行長期臨牀試驗。患者和護理人員可以登錄Motif Neurotech 網站，瞭解這些試驗的開始時間和地點。

編譯來源：ScitechDaily