由加州大學(xué)伯克利分校的工程師開發(fā)的一種新型神經(jīng)刺激器可以同時收聽和刺激大腦中的電流，可能為患有癲癇和帕金森病等疾病的患者提供微調(diào)治療。

這種名為WAND的設(shè)備就像一個“大腦起搏器”，可以監(jiān)測大腦的電活動，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時提供電刺激。

這些裝置可以非常有效地預(yù)防患有各種神經(jīng)疾病的患者的衰弱性震顫或癲癇發(fā)作。但是在癲癇發(fā)作或震顫之前的電子簽名可能非常微妙，并且防止它們所需的電刺激的頻率和強度同樣敏感。在設(shè)備提供最佳治療之前，醫(yī)生可能需要多年的小幅調(diào)整。

WAND代表無線無偽影神經(jīng)調(diào)節(jié)裝置，無論是無線還是自主，這意味著一旦它學(xué)會識別震顫或癲癇發(fā)作的跡象，它就可以自己調(diào)整刺激參數(shù)以防止不必要的運動。而且因為它是閉環(huán)的 - 意味著它可以同時激發(fā)和記錄 - 它可以實時調(diào)整這些參數(shù)。

“為患者尋找合適療法的過程成本極高，可能需要數(shù)年時間。成本和持續(xù)時間的顯著降低可能會大大改善結(jié)果和可及性，”Rikky Muller伯克利電氣工程和計算機科學(xué)助理教授說。 。“我們希望設(shè)備能夠找出刺激特定患者的最佳方法，以獲得最佳結(jié)果。而且您只能通過聆聽和記錄神經(jīng)特征來做到這一點。”

與其他閉環(huán)系統(tǒng)中的8個通道相比，WAND可記錄128個通道或大腦中128個點的電活動。為了演示該裝置，該團隊使用WAND來識別和延遲恒河猴的特定手臂運動。今天(12月31日)在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表的一項研究中描述了該裝置。

在池塘里的漣漪

同時刺激和記錄大腦中的電信號就像試圖看到池塘中的小漣漪同時也會濺起你的腳 - 來自大腦的電信號被刺激所傳遞的大量電脈沖所淹沒。

目前，深部腦刺激器要么在傳遞電刺激時停止記錄，要么記錄在應(yīng)用刺激的大腦的不同部位 - 基本上測量池中不同點處的小漣漪以防止飛濺。

“為了提供基于閉環(huán)刺激的療法，這是治療帕金森病和癲癇以及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的人們的一個重要目標(biāo)，同時進行神經(jīng)記錄和刺激是非常重要的，目前沒有單一的商業(yè)設(shè)備“加州大學(xué)伯克利分校前博士后助理薩曼莎·桑塔克魯茲說，他現(xiàn)在是德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的助理教授。

由Rikky Muller領(lǐng)導(dǎo)的Cortera Neurotechnologies公司的研究人員設(shè)計了WAND定制集成電路，可以記錄來自細(xì)微腦電波和強電脈沖的全部信號。這種芯片設(shè)計允許WAND從電脈沖中減去信號，從而產(chǎn)生來自腦電波的干凈信號。

現(xiàn)有設(shè)備被調(diào)諧為僅記錄來自較小腦波的信號并且被大的刺激脈沖淹沒，使得這種類型的信號重建變得不可能。

“因為我們實際上可以刺激和記錄在同一個大腦區(qū)域，我們確切地知道當(dāng)我們提供治療時發(fā)生了什么，”穆勒說。

該團隊與電氣工程和計算機科學(xué)教授Jan Rabaey合作，構(gòu)建了一個具有無線和閉環(huán)計算功能的平臺設(shè)備，可以編程用于各種研究和臨床應(yīng)用。

在加州大學(xué)伯克利分校的博士后，以及電氣工程和計算機科學(xué)教授Jose Carmena領(lǐng)導(dǎo)的Santacruz實驗中，受試者被教導(dǎo)使用操縱桿將光標(biāo)移動到特定位置。在訓(xùn)練期之后，WAND裝置能夠檢測當(dāng)受試者準(zhǔn)備進行運動時產(chǎn)生的神經(jīng)信號，然后傳遞延遲運動的電刺激。

“雖然延遲反應(yīng)時間已經(jīng)證明了，但據(jù)我們所知，這是第一次僅在基于神經(jīng)記錄的閉環(huán)系統(tǒng)中證明，”穆勒說。

“未來我們的目標(biāo)是將學(xué)習(xí)融入我們的閉環(huán)平臺，以構(gòu)建能夠找到最佳治療方法的智能設(shè)備，并讓醫(yī)生不必經(jīng)常干預(yù)這一過程，”穆勒說。