莱斯团队在人类身上展示了微型大脑刺激器
莱斯大学的工程师开发出了最小的植入式大脑刺激器，并在人类患者身上进行了演示。得益于开创性的磁电功率传输技术， Jacob Robinson 的Rice 实验室与Motif Neurotech 以及临床医生Sameer Sheth博士 和Sunil Sheth博士 合作开发的豌豆大小的设备 可以通过外部发射器无线供电，并用于刺激穿过硬脑膜 ——附着在颅骨底部的保护膜。
该设备被称为数字可编程脑上治疗(DOT)，它可以提供一种治疗替代方案，比目前基于神经刺激的疗法提供更大的患者自主性和可及性，从而彻底改变耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗方法，并且比其他脑机接口(BCIs)侵入性更小。
“在这篇论文中，我们展示了我们的设备，豌豆大小，可以激活运动皮层，从而导致患者移动他们的手，”莱斯大学电气和计算机工程以及生物工程教授罗宾逊说。 “将来，我们可以将植入物放置在大脑其他部分的上方，例如前额皮质，我们希望改善抑郁症或其他疾病患者的执行功能。”
现有的脑刺激植入技术由相对较大的电池供电，这些电池需要放置在身体其他部位的皮下，并通过长电线连接到刺激装置。这种设计限制需要更多的手术，并使个人承受更大的硬件植入负担、电线断裂或故障的风险以及未来电池更换手术的需要。
“我们通过使用外部发射器为设备无线供电，消除了对电池的需求，”罗宾逊实验室电气工程研究生、发表在《科学进展》上的这项研究的主要作者约书亚·伍兹 (Joshua Woods)解释道。阿曼达·辛格 (Amanda Singer) 是莱斯大学应用物理项目的前研究生， 现就职于 Motif Neurotech，也是该研究的主要作者。
该技术依赖于一种将磁场转化为电脉冲的材料。这种转换过程在小规模下非常有效，并且具有良好的不对中容差，这意味着它不需要复杂或微小的操纵来激活和控制。该设备宽度为 9 毫米，可提供 14.5 伏的刺激。
“我们的植入物通过这种磁电效应获取所有能量，” Motif创始人兼首席执行官 Robinson 说，Motif 是一家通过 Rice Biotech Launch Pad成立的初创公司， 致力于将该设备推向市场。”
Motif 是其中之一。神经科技公司 正在探索脑机接口彻底改变神经系统疾病治疗方法的潜力。
罗宾逊说：“神经刺激是在心理健康领域实现治疗的关键，药物副作用和缺乏疗效使许多人没有足够的治疗选择。”
研究人员在人类患者身上暂时测试了该设备，用它刺激运动皮层——大脑中负责运动的部分——并产生手部运动反应。接下来，他们在猪身上展示了该设备与大脑的稳定连接，持续时间长达 30 天。
伍兹说：“以前从未这样做过，因为通过硬脑膜刺激大脑所需的信号质量和强度以前不可能通过无线电力传输来实现这么小的植入物。”
罗宾逊设想该技术可以在舒适的家中使用。医生会开出治疗处方并提供使用该设备的指南，但患者将完全控制治疗的实施方式。
“回到家后，患者戴上帽子或可穿戴设备来给植入物供电并进行通信，在 iPhone 或智能手表上按下‘开始’，然后来自植入物的电刺激将激活大脑内的神经元网络，”罗宾逊说。
植入需要 30 分钟的微创手术，将设备植入大脑上方的骨头中。植入物和切口几乎是看不见的，患者当天就可以回家。
“当你想到心脏起搏器时，它是心脏护理中非常常规的一部分，”贝勒医学院教授兼研究副主席、麦克奈尔学者和卡伦基金会捐赠的神经外科主席谢思说。 “在神经和精神疾病中，相当于深部脑刺激(DBS)，这听起来很可怕且具有侵入性。 DBS实际上是一个相当安全的手术，但它仍然是脑部手术，其感知风险将使愿意接受它并可能从中受益的人数上限非常低。这就是此类技术的用武之地。在门诊手术中心进行的 30 分钟小手术，只不过是皮肤手术，比 DBS 更容易被耐受。因此，如果我们能够证明它与更具侵入性的替代疗法一样有效，那么这种疗法可能会对心理健康产生更大的影响。”
对于某些情况，例如癫痫，该设备可能需要永久或大部分时间处于开启状态，但对于抑郁症和强迫症等疾病，每天只需几分钟的刺激方案就足以带来所需的变化影响目标神经元网络的功能。
就下一步而言，罗宾逊表示，在研究方面，他“对创建植入物网络和创建可以刺激和记录的植入物的想法非常感兴趣，以便它们可以根据您自己的大脑特征提供适应性个性化治疗。 ”从治疗开发的角度来看，Motif Neurotech 正在寻求 FDA 批准进行人体长期临床试验。患者和护理人员可以在Motif Neurotech 网站上注册， 了解这些试验的开始时间和地点。
这项工作得到了罗伯特和贾尼斯麦克奈尔基金会、麦克奈尔医学研究所、DARPA 和国家科学基金会的部分支持。
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