Science Advances：最小的植入式大脑刺激器

莱斯大学的工程师们已经开发出了最小的植入式大脑刺激器，在人类患者身上进行了演示，这可能会彻底改变耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗。

　　

莱斯大学的工程师已经开发出最小的植入式脑刺激器，并在人类患者中进行了演示。多亏了开创性的磁电传输技术，豌豆大小的设备开发在莱斯实验室的雅各布罗宾逊与Motif神经技术和临床医生Sameer Sheth博士和Sunil Sheth博士合作，可以通过一个外部发射器无线供电，并用于刺激大脑通过硬脑膜-保护膜连接到头骨底部。

该设备被称为数字可编程脑上治疗(DOT)，它提供了一种治疗替代方案，比目前基于神经刺激的治疗方法提供了更大的患者自主权和可及性，并且比其他脑机接口(bci)侵入性更小，可能会彻底改变耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗。

“在这篇论文中，我们展示了我们的装置，豌豆大小，可以激活运动皮层，从而导致患者移动他们的手，”罗宾逊说，他是莱斯大学电子和计算机工程和生物工程教授。“未来，我们可以将植入物置于大脑的其他部位，比如前额叶皮层，我们希望在那里改善抑郁症或其他疾病患者的执行功能。”

现有的大脑刺激植入式技术是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肤下，并通过长线与刺激装置相连。这样的设计限制需要更多的手术，使个人承受更大的硬件植入负担，电线断裂或失效的风险，以及未来需要更换电池的手术。

“我们通过使用外部发射器为设备无线供电，从而消除了对电池的需求，”罗宾逊实验室的电子工程研究生约书亚伍兹解释说，他是该研究的主要作者，发表在《科学进展》上。莱斯大学应用物理专业的前研究生、现就职于Motif Neurotech的阿曼达·辛格(Amanda Singer)也是该研究的主要作者。

这项技术依赖于一种将磁场转化为电脉冲的材料。这种转换过程在小范围内非常有效，并且具有良好的偏差容忍度，这意味着它不需要复杂或微小的操作来激活和控制。该装置的宽度为9毫米，可以提供14.5伏的刺激。

罗宾逊说:“我们的植入物通过磁电效应获得所有能量。”罗宾逊是Motif公司的创始人兼首席执行官，Motif公司是一家由赖斯生物技术发射台组建的初创公司，正在努力将这种设备推向市场。Motif是几家神经技术公司之一，它们正在探索脑机接口的潜力，以彻底改变神经系统疾病的治疗方法。

罗宾逊说:“在药物副作用和缺乏疗效使许多人没有适当的治疗选择的心理健康领域，神经刺激是使治疗成为可能的关键。”

研究人员在一个人类病人身上暂时测试了这个装置，用它来刺激运动皮层-大脑中负责运动的部分-并产生手部运动反应。接下来，他们在猪身上持续30天稳定地展示了该设备与大脑的接口。

伍兹说:“这在以前是不可能的，因为通过硬脑膜刺激大脑所需的信号的质量和强度，在此之前是不可能通过这种小的植入物进行无线传输的。”

罗宾逊设想这项技术可以在舒适的家中使用。医生会开出治疗处方，并提供使用该设备的指导方针，但患者将保留对如何实施治疗的完全控制权。罗宾逊说:“回到家后，病人戴上帽子或可穿戴设备来为植入物供电，并与植入物通信，在他们的iPhone或智能手表上按下‘开始’键，然后植入物产生的电刺激就会激活大脑内的神经网络。”

植入将需要一个30分钟的微创程序，将设备放置在大脑上方的骨头上。植入物和切口实际上都是看不见的，患者当天就可以回家。“当你想到心脏起搏器时，它是心脏护理的一个非常常规的部分，”Sheth说，他是贝勒医学院麦克奈尔学者和卡伦基金会神经外科教授兼研究副主席。在神经和精神疾病中，类似的疗法是深部脑刺激(DBS)，这听起来很可怕，而且具有侵入性。DBS实际上是一个相当安全的手术，但它仍然是脑部手术，它的感知风险将使愿意接受它并可能从中受益的人数的上限非常低。这就是这类技术的用武之地。在门诊手术中心做一个30分钟的小手术，比皮肤手术大不了多少，比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，这种疗法可能会对心理健康产生更大的影响。”

对于某些情况，例如癫痫，该设备可能需要永久或大部分时间处于开启状态，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网络的功能发生预期的变化。

至于下一步，罗宾逊说，在研究方面，他“对创造植入物网络和创造可以刺激和记录的植入物的想法非常感兴趣，这样他们就可以根据你自己的大脑特征提供适应性个性化治疗。”从治疗发展的角度来看，Motif Neurotech正在寻求FDA批准对人体进行长期临床试验。患者和护理人员可以在Motif Neurotech网站上注册，了解这些试验将在何时何地开始。这项工作得到了罗伯特和珍妮丝麦克奈尔基金会、麦克奈尔医学研究所、DARPA和国家科学基金会的部分支持。