斯坦福大學開發(fā)下一代腦電裝置 可找回恢復失去的大腦功能

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來幫助恢復失去的大腦功能。

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閉大腦活動。安東尼·諾西亞斯坦福大學的心理學教授，他發(fā)起了這個項目。

通過放置在頭皮上的電極進行神經(jīng)刺激顯示出很大的希望，但它的即時效應很難研究，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。為了檢測出更微弱的大腦反應，科學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。這種新裝置在實際應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，雷達發(fā)射電磁波，被動地監(jiān)聽反射較弱的波，”SLAC資深科學家表示?！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)元組成的錯綜復雜的網(wǎng)絡，任何干擾這個網(wǎng)絡的東西，比如不正常的大腦發(fā)育或中風，都會導致嚴重的疾病，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，那就是如何設計一個電極陣列，以達到大腦內部的特定體積?！薄暗覀円蚕Ｍ軌颉畠A聽’大腦的反應，同時確定一個應用的刺激是否具有預期的效果?！?/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和斯坦福大學粒子物理學和天體物理學教授。

布雷登巴赫說：“在SLAC，我們正試圖回答一些關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。”“我們當然有工程技能和資源來幫助神經(jīng)科學的一些技術問題。由于我們在高能物理方面的背景，我們也習慣于多學科的合作，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行研究之前，還需要做更多的工作。例如，未來版本的設備將有更多的電極，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閉刺激，設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。“在下一代，我們將能夠編程設備，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。”

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