无线“大脑起搏器”可为神经系统疾病提供一种新的治疗方法

一种新的神经刺激器，由加州大学伯克利分校的工程师开发，可以同时听取和刺激大脑中的电流，这可能为癫痫和帕金森病患者提供微调治疗。

这个名为WAND的装置就像一个“大脑起搏器”，可以监测大脑的电活动，并在发现异常情况时提供电刺激。

这些装置可以非常有效地防止患有各种神经疾病的患者的衰弱性震颤或癫痫发作。但癫痫发作或震颤前的电子信号可能非常微妙，防止它们所需的电刺激的频率和强度也同样敏感。在设备提供最佳治疗之前，医生可能需要数年的轻微调整。

WAND代表无线无伪影神经调制器，它既是无线的又是自主的。这意味着，一旦它学会识别震颤或癫痫发作的迹象，它就可以自行调整刺激参数，以防止不必要的运动。因为它是闭环的——这意味着它可以同时发射和记录——它可以实时调整这些参数。

“为患者找到合适的治疗方法的过程极其昂贵，可能需要几年时间。伯克利大学电子工程和计算机科学助理教授Rikky Muller说：“成本和时间的显著减少可能会大大改善结果和可访问性。“我们希望该装置能找出刺激特定患者的最佳方式，以获得最佳效果。而你只能通过聆听和记录神经特征来做到这一点。”

相比于其他闭环系统中的8个通道，WAND可以记录128个通道或大脑中128个点的电活动。为了演示该设备，研究小组使用WAND来识别和延迟恒河猴的特定手臂运动。今天(12月31日)发表在《自然生物医学工程》杂志上的一项研究描述了该设备。

池塘中的涟漪

同时刺激和记录大脑中的电信号，就像试图同时看到池塘中的小波纹和溅你的脚一样——大脑发出的电信号被刺激传递的大量电脉冲淹没了。

目前，深度大脑刺激器要么在传递电刺激时停止记录，要么在施加刺激的大脑不同部位进行记录——基本上是在水池的不同点测量小波纹，以防止飞溅。

“为了提供基于闭环刺激的治疗(这是治疗帕金森病、癫痫和各种神经系统疾病的人的重要目标)，同时进行神经记录和刺激是非常重要的。加州大学伯克利分校前博士后助理萨曼莎圣克鲁斯(Samantha Santa Cruz)说，目前还没有单一的商业设备。

Rikky Muller领导的Cortera Neurotechnologies的研究人员设计了WAND定制集成电路，可以记录来自微妙脑电波和强电脉冲的所有信号。这种芯片设计允许WAND从电脉冲中减去信号，从而从脑电波中产生清晰的信号。

现有设备被调整为仅记录来自小脑波的信号，并且被大刺激脉冲淹没，使得这种类型的信号重建不可能。

“因为我们实际上可以在同一个大脑区域进行刺激和记录，所以我们确切地知道当我们提供治疗时会发生什么，”穆勒说。

该团队与电气工程和计算机科学教授Jan Rabaey合作，建立了一个具有无线和闭环计算功能的平台设备，可以为各种研究和临床应用进行编程。

在加州大学伯克利分校博士后、电子工程和计算机科学教授何塞卡梅纳(Jose Carmena)和桑塔克鲁兹(Santacruz)领导的一项实验中，研究对象被教会使用操纵杆将光标移动到特定位置。训练期结束后，棒设备可以检测受试者准备运动时产生的神经信号，然后传递延迟运动的电刺激。

“虽然延迟反应时间已经被证明，但据我们所知，这是第一次在仅基于神经记录的闭环系统中被证明，”穆勒说。

“未来，我们的目标是将学习整合到我们的闭环平台中，以便构建能够找到最佳治疗方法的智能设备，这样医生就不必频繁干预这一过程，”穆勒说。

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