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                    《張江科技評論》

                    開博時間:2019-06-06 14:03:00

                    《張江科技評論》是由上??茖W技術出版社與上海市張江高科技園區管理委員聯合創辦的一本科技評論類雜志。該刊報道評價國內外創新性科學技術的發展趨勢及其商業價值,介紹上海在建設全球領先科創中心進程中的制度成果、技術成果、創業成果,推動產學研密切協作,促進科技成果轉化,服務經濟轉型發展。

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                    神經調控技術——探索大腦的奧秘

                    2019-11-28 10:37:00

                      神經調控技術已經成為神經科學與生物醫學工程相結合發展得最快的交叉學科,也成為科學研究、臨床治療和醫療器械投資的重點關注對象。

                      人類大腦可以說是最復雜的信息處理機器了,它能夠產生我們所有的喜怒哀樂,對大腦的研究始終是科學的最前沿?!蹲顝姶竽X》無疑是近年來最具影響力的綜藝節目之一,各具特點的天才輪番上陣,曬出看家本領,展現超越你想象的神奇技能?!蹲顝姶竽X》中表現最多的是計算能力、注意力、記憶力。其實,注意力、記憶力不是天生的,是可以后天訓練的。一個很有趣的問題是我們有沒有辦法通過物理刺激來增強這些能力呢?答案是可能的。實際上,臨床上的某些神經退行性疾病,幾乎沒有很好的藥物治療方式,但是通過物理刺激的方法可以得到很好的療效,這些治療方法不僅可以改善運動能力,而且對認知和情感這樣的高級認知功能也有很好的效果。另外,精神控制或者意念操控這樣的概念在科幻電影中是非常有吸引力的題材,被不斷地演繹。那么,在現實中,我們是否有辦法真的操控人的精神呢?

                      其實,這就是神經調控技術的一個新興領域的研究內容。近年來,神經調控技術已經成為神經科學與生物醫學工程相結合發展得最快的交叉學科,也成為科學研究、臨床治療和醫療器械投資的重點關注對象。神經調控技術在臨床上已經廣泛地用于以帕金森病(Parkinson's Disease,PD)為代表的運動障礙性疾病,并且已經拓展到了慢性痛、抑郁癥、成癮等神經系統疾病,都取得了不錯的效果。有報道顯示,對于某些外周和神經相互作用的疾病,神經調控技術也有可能對其進行治療。一般來說,神經調控技術分為侵入性和非侵入性兩種方式。

                      大腦深部刺激技術

                      大腦深部刺激技術(Deep Brain Stimulation,DBS)是一種侵入性的神經調控技術,自發現以來得到了快速的發展和應用,目前已經成為一項很成熟的功能神經外科技術,用于治療各種神經系統疾病,尤其是帕金森病。帕金森病是一種神經退行性疾病,由于患者的黑質致密部多巴胺能神經元退行性病變死亡,從而破壞紋狀體環路而導致運動調節的神經環路失衡,主要癥狀包括運動障礙、僵硬和震顫,以及認知和情感障礙。目前,藥物雖有一定療效,但最有效的方法還是DBS。DBS這種方法是1987年由法國著名神經外科專家阿里姆-路易斯?本納比(Alim-Louis Benabid)發現的,他在進行一次常規的丘腦腹中間核損毀術時,意外發現,對丘腦中的靶點處進行高于100 Hz的電流刺激,可以使震顫停止。平時在丘腦損毀術中尋找靶點時,所用電流是30~50Hz,本納比在那次手術過程中,嘗試使用了不同的頻率,在當時儀器所能達到的最高值100 Hz時,他發現患者的震顫停止了,停止電流刺激后,震顫癥狀又出現,再次刺激時,震顫又停止了,這種情況也在多個患者身上得到了證實。DBS主要應用在運動障礙和精神障礙疾病上,其中,運動障礙包括肌張力障礙、亨廷頓病、癲癇、妥瑞氏綜合征等,精神障礙疾病包含慢性痛、強迫障礙、創傷后應激障礙、抑郁癥等。DBS分為高頻和低頻刺激,高頻刺激可以用于對丘腦腹中間核 (VIM)進行電刺激來治療震顫,對蒼白球內側部(GPi)進行刺激治療異動癥,對丘腦底核(STN)進行刺激來治療缺少多巴胺導致的疾病,如帕金森病,這三個都是用130Hz的高頻刺激。而治療步態凍結,則是采用25Hz的低頻來刺激腳橋核(PPN)。高頻刺激的作用是抑制核的活躍,而低頻刺激的作用是激活核的活躍。在肌張力障礙中,刺激GPi和STN都能對肌張力障礙有很好的療效。

                      除了運動障礙疾病之外,DBS也在其他神經疾病,如癲癇、強迫癥、抑郁癥、慢性疼痛以及藥物成癮的治療中得到了推廣。在癲癇治療中,本納比對癲癇患者的STN進行刺激,得到了良好的治療效果。另外,還有團隊對海馬體進行刺激,也有一定的治療效果。在強迫癥的治療中,對前囊膜、伏隔核和STN的刺激都有療效。抑郁癥患者的Cg25區過度活躍,在對該位點進行刺激后,活躍部位被抑制,也可以取得一定的療效。在應用DBS治療疾病的過程中,刺激相同位點可以治療多種疾病,一種疾病又可以通過刺激多個位點來治療,但其中有些機制我們還并不清楚。

                      非侵入性控腦技術

                      經顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)和經顱直流電刺激(Transcranial Direct Current Stimulation,tDCS)是近年來發展快速的兩項非侵入性腦刺激技術。越來越多的研究表明,這兩種非侵入性腦刺激技術可以直接增加認知能力,也可以為多種腦疾病的患者提供輔助治療。

                      TMS是一種安全無侵入性的大腦功能調控技術,是利用磁場來激活大腦的相應區域,從而對患者產生一定的治療效果。在國際上,經顱磁刺激技術已被廣泛應用于腦損傷后康復、失眠及其他精神疾病的治療中。近年來,我國科學家袁逖飛帶領的小組在TMS治療藥物成癮上取得了多項重要進展。他們與合作者利用TMS技術,對吸毒多年的海洛因成癮者進行了研究,成功降低了成癮者對海洛因的渴求度,這是世界上首次把TMS技術應用到海洛因成癮者上,該研究發表在精神病學領域頂尖期刊《生物精神病學》上。

                      2008年,美國食品藥品監督管理局(FDA)批準了TMS用于治療藥物難治性抑郁癥,尤其適用于曾經用過抗抑郁藥物而療效不佳的成人患者。在臨床試驗中,這樣的患者有相當一部分取得了很好的療效,統計結果顯示每三位患者中就有一位癥狀完全消失。

                      另外,有沒有什么方法能增強大腦的認知功能呢?在知名學術期刊《當代生物學》的一篇報道中,美國西北大學醫學院的科學家發現,非侵入性腦刺激可以像手術刀一樣精確地提高某些精確記憶力。準確的記憶對于理解細節至關重要,比如觀察一個城市里的建筑物,這個精確記憶的能力能夠讓人記住所看到的建筑的特定顏色、形狀和位置,而不僅僅是其在城市中大而化之的位置。過去的大多數研究只觀察到思考能力在非侵入性腦刺激時的瞬時改善,所以這樣一種對精確記憶力的特異而長效的改善是非常讓人興奮的。這項研究加深了人們對非侵入性方法提高認知能力的理解,為未來改善阿爾茨海默病等學習記憶相關疾病提供了新的思路。

                      神經調控技術的展望和倫理風險

                      現有的神經調控技術還是基于主動設置刺激參數的方式來進行調節,如果未來能夠引入深度學習等人工智能的方法,就有可能對人腦實現更為精確有效的刺激。神經調控技術方興未艾,為疾病的治療帶來了許多新手段。但是,像任何事物一樣,它也可能帶來許多意想不到的后果,甚至引發倫理問題。隨著人們對人腦功能的進一步了解,有可能通過刺激的方式直接產生快感,也可能直接導致焦慮、抑郁,甚至暴力攻擊行為,這是否侵犯了人之所以為人的自由意志?這樣的控制事關個體的獨立和尊嚴,需要政府、學術界和工業界一起思考相關的倫理風險,才能真正促進神經調控技術的發展和應用。

                      胡霽,上??萍即髮W生命科學與技術學院助理教授。

                      作者:胡霽

                      本文來自《張江科技評論》

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