NEJM:Waving Hello to Noninvasive Deep-Brain Stimulation

NEJM:Waving Hello to Noninvasive Deep-Brain Stimulation

近日多伦多大学AndresM. Lozano等人在新英格兰医学杂志发文，介绍了无创深部脑刺激技术。通过两个频率差异较小的电场信号刺激，激活深部大脑细胞，同时避免刺激标靶和刺激物之间的细胞。该技术已在老鼠大脑上进行测试。

大脑功能障碍是导致神经疾病的重要原因，一些神经系统疾病和精神疾病的临床表现，往往是由于大脑的感觉、认知、行为等功能区域的异常所导致的。一些疾病的特征和症状也是由于大脑或者一些特定区域的脑神经连接的异常导致的。因此，找到病因神经元的位置是至关重要的，尽管目前利用药物来改变神经活动的方法取得了一定的成功，但是其仍然存在不足，目前开始有研究利用一些新的方法对神经的修改和重置进行研究。刺激大脑的非药物策略目前已经获得了大量研究的支持。目前，已经获得认可的疗法主要有：针对癫痫的迷走神经刺激疗法，针对抑郁症的经颅磁刺激疗法，以及针对帕金森病、原发性震颤、肌张力障碍、强迫症等的深部脑刺激疗法。这些干预措施让医疗工作人员根据不同目的进行权衡，比如要针对哪些神经元，是否考虑功效、副作用、成本易用性和侵入性等。颅外治疗的应用比如说经颅直流刺激和经颅磁刺激，这些治疗方案虽然具有非侵入性的优点，但是不能刺激到一些重要的深部大脑治疗靶点。

Grossman等人提出的方法是一种非侵入的方法，其专门针对老鼠的神经细胞而不会损害皮层细胞。固有的生物特征（包括每一个动作电位产生后的一个延长的不应期，约1毫秒），会约束神经元，并使它们无法与高频电刺激(1千赫)保持同步。Grossman等人在啮齿动物大脑外的多个区域应用高频振荡电场。在这些高频信号下，神经元无法产生动作电位。但是当研究人员应用两个有微小差异的高频信号时(例如:2.0

kHz和2.01kHz)时，两个场之间的干扰有助于抵消高频激活的影响，但是允许出现一个与两个频率的差相对应的震荡。这样，神经元可以在一个低频范围下响应（图1）。通过引导和瞄准电场中产生的最大振幅，研究人员能够在海马体深处激活神经元，而不是在位于刺激物和标靶之间的神经元（如皮层的细胞）。

图1电磁干扰场的深度大脑刺激任务

最近的实验提供了一个概念，即深层脑组织可以通过外部两个略微不同频率的电磁场来定位。其中，f0表示第一个振荡电场的频率(蓝色)。f0+Δf表示第二个电场(绿色)的频率，用Δf表示第一个和第二个入射电场的叠加产生电场的频率。大脑中的电场矢量用彩色的曲线箭头表示。红波表示两个磁场相互干扰的目标区域，以及产生0.01千赫兹的频率。

这项研究显示了对大脑深层目标的非侵入性、空间精确刺激的可能性。因此，人们可以设想达到对大脑深层目标的无创刺激(例如:没有必要打开头盖骨的非侵入性的过程中，刺激亚丘脑核或核团的内部部分)。实现这一目标将会帮助到许多患者，例如那些通过植入电极和脉冲发生器来接受深部脑刺激的患者，能够极大地降低侵入式技术的风险。这项技术还可以用来绘制深脑靶点，并进行仿真测试，以帮助预测毁损手术(如丘脑切开术、苍白球毁损术)或者深部脑刺激的结果。

最后，作者指出，他们并不确定由该电刺激技术得到的论断是否可以扩展到人类大脑，因为人类大脑体积大约是老鼠的1400倍。无法保证刺激路径中的神经元是否真的会在更大的大脑中不受影响。干扰电场作为一种新的治疗方案的进一步发展，主要依赖于建立技术的长期安全性和耐受性，以及部署的可行性和潜在治疗价值。