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科学家利用计算机控制的大脑植入物提供有针对性的电刺激 以改善认知功能

2021-11-03 09:44 · 稿源: cnbeta

据New Atlas报道,一项具有里程碑意义的试点研究表明,大脑植入物可以提供有针对性的电刺激,以改善认知功能。这种植入物实时感知认知缺陷的电生物标记,并通过刺激特定脑区做出反应。

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这项新研究发表在《自然·生物医学工程》杂志上,是多年来针对大脑中负责认知控制的部分所做工作的最终成果。从抑郁症到强迫症,许多精神健康疾病中都可以发现认知控制能力的损伤。这些认知控制的缺陷表现为不灵活的思维过程。明尼苏达大学医学院的Alik Widge说,不能轻易从一个思维过程转向另一个思维过程是许多精神疾病的一个关键特征。

“一个例子可能包括一个患有抑郁症的人,他就是无法摆脱‘卡住’的消极思想,”Widge说。“因为它是精神疾病的核心,找到一种改善它的方法可能是治疗这些疾病的一个强大的新方法。”

Widge及其同事在2019年的一项研究中发现,电刺激大脑腹侧内囊/腹侧纹状体(VC/VS)区域可以增强认知控制。早期的工作不仅证明了当参与者接受认知控制测试任务时,VC/VS区域的深层脑刺激改善了认知控制,而且还确定了与临床改善相对应的特定神经生物标志物。

根据这些早期发现,研究人员开发了一种算法,可以实时检测大脑何时在认知控制任务中挣扎。当检测到认知控制的失误时,该系统向VC/VS区域提供短暂的电刺激,迅速提高认知控制性能。

“这个系统可以读取大脑活动,当病人遇到困难时,对其进行‘解码’,并对大脑进行小范围的电刺激,以促进他们克服困难,”Widge解释说。“我经常使用的比喻是一辆电动自行车。当有人蹬车但有困难时,自行车会‘感应’到它并增强它。我们已经为人类的心理功能做了相当于这样的事情。”

测试这一实验系统的试点研究招募了12名接受脑部手术的癫痫患者。研究中的一些病人确实报告说刺激缓解了焦虑症状,但Widge清楚地指出,这项研究只能专注于加强认知控制,在临床试验开始对患有严重焦虑症的受试者测试这种侵入性大脑植入之前,还需要进一步的工作。

“还有很多事情要做,而且这很明显不是对每个抑郁症/焦虑症/强迫症/其他任何疾病的治疗,但我们认为这是朝着机制驱动的脑深部刺激迈出的相当大的一步,”Widge在Twitter上称。“这不是一个临床试验,但有几个病人有明显的焦虑,而提高认知控制能力使他们能够专注于远离那种焦虑的内心独白。”

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这项新研究是首次证明大脑植入物能够实时感知认知缺陷的迹象,并通过有针对性的刺激来恢复正常的神经活动。这种植入物被是一个闭环系统。它类似于一些心脏起搏器通过感知不规则活动而刺激心脏来维持最佳心率的方式。

这类闭环脑刺激植入物过去曾被用于检测和治疗癫痫发作,但研究人员在为精神疾病开发类似系统时面临的挑战是缺乏明确的神经生物标志物,这些标志物负责抑郁症或焦虑症等深层次的多面性疾病。

这项新研究表明,认知控制缺陷在许多精神障碍中是常见的,这些缺陷很容易用认知控制测试来测量,而且有明确的电生理特征与这些缺陷相对应。Widge和他的团队雄心勃勃地推测,这种治疗方法可能对各种精神疾病有用。

科学家在新研究中总结说:“同样的框架也可以应用于其他认知或情绪问题,例如,监测和加强学习或情绪失调。尽管在这些结果能够直接应用于临床之前仍然存在大量的技术差距,并且需要为认知作为治疗的主要焦点建立证据基础,但我们的结果可以成为干预人类神经精神疾病的高度具体方法的基础。”

这项新研究发表在《自然·生物医学工程》杂志上。

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