赖斯的团队制造了一个微型磁动力神经刺激器

休斯敦(2020年6月8日)——莱斯大学的神经工程师创造了一种微型外科植入物，可以在不使用电池或有线电源的情况下刺激大脑和神经系统。

神经刺激器从磁能中吸收能量，大小约一粒米。它是第一个产生与临床公认的电池供电植入物相同类型高频信号的磁动力神经刺激器，用于治疗癫痫、帕金森病、慢性疼痛等疾病。

这项研究发表在今天的在线期刊《神经元》上。

植入物的关键部件是“磁电”材料薄膜，它可以直接将磁能转化为电压。这种方法避免了无线电波、超声波、光甚至电磁线圈的缺点，这些线圈已被提议为微小的无线植入物供电，并已显示会干扰活组织或产生有害的热量。

为了证明磁电技术的可行性，研究人员展示了这种植入物在完全清醒并可以在壳周围自由走动的啮齿动物中的工作情况。

这项研究的作者雅各布罗宾逊(Jacob Robinson)说：“演示原理证明非常重要，因为这是一个巨大的技术飞跃，从桌面演示到可能实际上对治疗人们有用的东西。”莱斯神经工程倡议。“我们的研究结果表明，将磁电材料用于无线供电不仅是一个新颖的想法。这些材料是临床无线生物电子学的理想材料。”

能够调节大脑和神经系统活动的微型植入物可能具有广泛的意义。虽然电池供电的植入物经常用于治疗癫痫和减少帕金森病患者的震颤，但研究表明，神经刺激可以用于治疗抑郁症、强迫症和超过三分之一的慢性和顽固性患者的疼痛，这些疼痛通常会导致焦虑、抑郁和阿片成瘾。

罗宾逊说，这项研究的主要作者和研究生阿曼达辛格(Amanda Singer)的小型化非常重要，因为让神经刺激更广泛可用的关键是制造一种没有电池的无线设备，这种设备小到无需大手术就可以植入。他说，一个大约一米大小的装置可以用微创的方法植入身体的几乎任何地方，这种方法类似于在堵塞的动脉中放置支架的方法。

该研究的合著者、神经工程倡议组织成员凯莱布凯梅雷(Caleb Kemere)说：“当你不得不开发一种可以植入小动物头骨皮下的东西时，你的设计约束将发生巨大变化。将它用于无约束环境中的啮齿动物，真的迫使阿曼达将它的大小和体积缩小到尽可能小的规模。”

对于啮齿类动物测试，将设备放在啮齿类动物的皮肤下，啮齿类动物可以在整个外壳内自由走动。啮齿动物优选地在外壳的一部分中，在那里磁场激活刺激器并向它们大脑的奖赏中枢提供小电压。

罗宾逊实验室的应用物理学学生辛格(Singer)通过在单一薄膜中连接两种完全不同材料的层，解决了无线供电的问题。第一层是铁、硼、硅和碳的磁致伸缩箔，当置于磁场中时，它将在分子水平上振动。第二种是压电晶体，直接将机械应力转化为电压。

辛格说，“磁场在磁致伸缩材料中产生应力。”“这不会使材料明显变大，但会产生声波，其中一些声波处于共振频率，从而产生一种特殊的模式，我们称之为声学共振模式。”

磁致伸缩材料中的声共振是大型变压器嗡嗡声的原因。在辛格的植入物中，声学回声将激活薄膜的压电部分。

罗宾逊说，磁电膜可以收集大量能量，但其工作频率太高，不会影响脑细胞。

罗宾逊说，“阿曼达的主要项目之一是创造电路，以较低的频率调节细胞活动。”“这类似于调幅广播的工作方式。你有这些非常高频率的波，但它们是用你能听到的低频调制的。”

辛格说，产生调制的双相信号来刺激神经元而不损伤它们是一个挑战，小型化也是如此。

她说，“当我们第一次提交这篇论文时，我们没有微植入版本。”“到目前为止，最重要的事情是弄清楚如何真正获得我们兴奋的双相信号。我们需要电路元件来做到这一点。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！