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AI控制的脑深部电刺激用于情绪障碍调控
发布时间:2018-07-18 08:39:03 | 浏览次数:


导读:

      美国军方资助的研究人员正在开发一种设备,用来记录神经活动,并自动刺激大脑来治疗精神疾病。

神经调控

根据人的感觉和行为发出的电脉冲控制的脑深部电刺激系统首次在人体上进行测试。由美国军方研究机构国防高级研究计划局(DARPA)资助的两个研究小组已经开始了“闭环”脑深部电刺激的初步试验,这种电刺激使用算法来检测与情绪障碍相关的模式。这些设备可以使大脑在没有医生调控的情况下恢复健康状态。

这项研究在华盛顿举行的神经科学学会(SfN)会议上发表,可能最终会提供一种治疗严重精神疾病的方法,而目前的治疗方法对这些严重的精神疾病无效。但是,这也引发了棘手的伦理问题,尤其是因为这项技术可以让研究人员实时了解一个人的内心感受。

一般的脑深部电刺激使用大脑植入电极来传递改变神经活动的电脉冲,用于治疗运动障碍,如帕金森病。但这一技术在针对情绪障碍的测试中并不成功。早期的证据表明,持续刺激大脑某些区域可以缓解慢性抑郁症,但一项涉及90名抑郁症患者的大型研究发现,经过一年的治疗,患者的病情没有得到改善。

但是,DARPA资助项目的科学家认为,他们的工作可能会在早期尝试失败的地方取得成功,因为他们设计了专门用于治疗精神疾病的大脑刺激系统,并且只有在需要的时候才会启动。其中一个项目负责人,加州大学旧金山分校(UCSF)的神经科学家爱德华·张(Edward Chang)表示:“我们已经对当前技术的局限性有了很多认识。”

DARPA正在支持Chang的小组和波士顿麻省总医院(MGH)的另一个小组,最终目标是治疗患有抑郁症和创伤后应激障碍的士兵和退伍军人。每个研究小组都希望建立一个大脑植入电极系统,以便在刺激特定组织时跟踪整个大脑的活动。

这些研究小组也在开发他们的技术,对癫痫患者进行试验。这些癫痫患者均进行了脑部的电极植入,用来追踪他们的癫痫发作。研究人员可以使用这些电极根据需要间歇性地刺激大脑,并记录大脑发生的反应,而不是像以前的植入电极那样对大脑进行持续不断的刺激。

情绪图谱

在SfN会议上,洛杉矶南加州大学的电子工程师奥米德·萨尼(Omid Sani)展示了第一张关于情绪是如何随着时间在大脑中编码的图谱。他和他的同事对6名癫痫患者进行了研究,他们都植入了脑部电极,在第一到三周内详细跟踪他们的大脑活动和情绪变化。通过比较这两种类型的信息,研究人员可以创建一种算法来“解码”一个人的大脑随情绪活动发生的变化。他们发现了一些广泛存在的脑活动模式,特别是在普遍认为和情绪相关的大脑区域。

Sani表示,Chang和他的团队已经准备好,一旦找到合适的志愿者,就可以在人体上测试他们全新的闭环系统。Chang补充道,该小组已经在人群中测试了部分闭环刺激系统,但他没有提供细节,因为这只是一项初步的工作。

而MGH团队正在采取不同的方法,他们并不是要检测一种特定的情绪或精神疾病,而是要绘制出与多种疾病行为相关的大脑活动——比如注意力障碍或缺乏同理心。在SfN会议上,他们报告了其开发的测试算法,这些算法用于在人被一项固定任务(比如匹配数字图像或识别人脸情绪)分心时对其大脑进行刺激。

研究人员发现,给参与决策和情绪调控的大脑区域发送电脉冲能显著提高测试者的表现。研究小组还绘制了当一个人在一项固定任务中因健忘或分心而导致任务失败或放慢速度时的大脑活动,并发现他们能够通过刺激来逆转它。他们现在开始测试这些算法,利用大脑活动的特定模式来自动刺激大脑。

个体化治疗

韦恩·古德曼(Wayne Goodman)是德克萨斯州休斯顿贝勒医学院(BaylorCollege of Medicine)的精神病学专家, 他希望闭环刺激是一个比之前传统脑深部电刺激更好的长期治疗情绪障碍的方式——部分原因是最新一代的算法更加个体化,是基于人体生理信号,而不是基于医生的判断。Goodman表示:“你必须做大量的调试来测试算法。“ 他正准备开展一项利用闭环刺激治疗强迫症的小型试验。

他认为,刺激大脑情绪相关区域面临一个挑战,即可能会矫枉过正,从而产生压倒所有其他感受的极端快感。同时还有其他伦理方面的顾虑,即在闭环刺激中使用的算法可以告诉研究人员关于受试者的情绪体验,而这是难以从行为或面部表情中捕捉到的。尽管研究人员无法解读人们的思想,但“我们将接触到能够解读他们感受的活动”,哈佛大学的神经工程学和精神病学家艾利克·威奇(Alik Widge)说。与Chang和Goodman的团队一样,Widge的团队也正在与神经伦理学家合作,解决研究相关的复杂伦理问题。

尽管如此,Chang仍然表示他的团队和其他人正在开发的刺激技术只是治疗情绪障碍的第一步。他预测,大脑植入试验的数据可以帮助研究人员开发非侵入性的、通过颅骨刺激大脑治疗精神疾病的方法。他认为,“这些技术令人兴奋的地方是,我们第一次拥有了认知大脑的窗口,通过它我们可以观察到当旧病复发时大脑里面的变化。”

参考文献:Nature 551,549–550 (30 November 2017)

 
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