研究人員近日在美國神經科學學會舉行的年會上報告說，他們研制出了一臺名為Harmoni的深部腦刺激(DBS)植入設備，首次能夠在進行電刺激的同時，監測大腦內部的電反應和化學反應。該設備已經在大鼠和豬等實驗動物身上進行了測試。
深部腦刺激技術長期以來被用于治療運動障礙，但現在已迅速發展為針對包括抑郁癥、抽動穢語綜合征、強迫癥甚至老年癡呆癥等神經疾病的一種實驗性療法。盡管相關治療取得了一些令人鼓舞的成果，但關于植入大腦深部的刺激設備所傳遞的電脈沖是如何影響神經回路和改變患者行為的，科學家所知并不多。現在，這個深部腦刺激設備原型或許能夠提供一些答案。
“這是我們此前在人類身上無法真正獲取的新數據。”未參與這項研究的凱斯西儲大學生物醫學工程師卡梅倫·麥金太爾說。
該團隊希望，這個設備能夠確定大腦中哪些電信號和化學信號與一些癥狀的存在和嚴重性實時相關，比如帕金森氏癥患者所經歷的震顫。這些信息有助于揭示腦深部刺激在何處和如何發揮其對大腦的治療性影響，以及為什么有時候會失敗。
Harmoni是基于現有深部腦刺激技術的電子記錄能力研發而成的，其增添了應用于動物研究的化學傳感技術。該設備采用一種被稱為快速掃描循環伏安的方法，在大腦內施加一個局部電壓變化，將電子短暫拉離特定的神經遞質，從而產生可以測量的電流。神經遞質是大腦中激活或抑制神經元的化學物質，每個神經遞質分子生成的電化學簽名不同，每隔10毫秒，就可以根據簽名來識別神經遞質并估測它的濃度。
研究團隊已經利用大鼠和豬對Harmoni系統的一部分進行了測試。手術中，他們先通過功能性磁共振成像技術找到對植入部位的電脈沖作出響應的大腦區域，然后在此插入化學和電子傳感器，就能夠合成一幅顯示神經元如何受激并釋放出何種神經遞質作為響應的圖像。
動物實驗的初步結果表明，通過刺激底丘腦核，Harmoni能夠測量出大腦尾狀核中神經遞質多巴胺水平的上升。而這正是建議用深部腦刺激法治療帕金森氏病采用的機制之一。該設備的人體試驗也在逐步推進中。但研究項目負責人、梅奧醫學中心的神經外科醫生肯德爾·李表示，這項研究還處于早期階段，他們正設法讓記錄電極更耐用，同時讓設備更加小型化，以便能夠植入患者體內。
研究的合作者、孟菲斯大學神經科學家查爾斯·布拉哈強調，還需要深入了解大腦的健康和紊亂狀態分別用何種電化學簽名來描述，以及如何刺激大腦才能使其保持健康模式。
