无线“大脑起搏器”可以为神经系统疾病提供新的治疗方法

由加州大学伯克利分校的工程师开发的一种新的神经刺激器可以同时收听和刺激大脑中的电流，可能为患有癫痫和帕金森症等疾病的患者提供微调治疗。

这种名为WAND的设备就像一个“大脑起搏器”，可以监测大脑的电活动，并在发现异常情况时提供电刺激。

这些装置可以非常有效地预防患有各种神经疾病的患者的衰弱性震颤或癫痫发作。但是在癫痫发作或震颤之前的电子签名可能非常微妙，并且防止它们所需的电刺激的频率和强度同样敏感。在设备提供最佳治疗之前，医生可能需要多年的小幅调整。

WAND代表无线无伪影神经调节装置，既是无线的也是自主的，这意味着一旦它学会识别震颤或癫痫发作的迹象，它就可以自己调整刺激参数以防止不必要的运动。而且因为它是闭环的 - 这意味着它可以同时激发和记录 - 它可以实时调整这些参数。

“为患者寻找合适疗法的过程成本极高，可能需要数年时间。成本和持续时间的显着降低可能会大大改善结果和可及性，”Rikky Muller伯克利电气工程和计算机科学助理教授说。 。“我们希望设备能够找出刺激特定患者获得最佳结果的最佳方法。而且你只能通过聆听和记录神经特征来做到这一点。”

与其他闭环系统中的8个通道相比，WAND可记录128个通道或大脑中128个点的电活动。为了演示该设备，该团队使用WAND来识别和延迟恒河猴的特定手臂运动。今天(12月31日)在Nature Biomedical Engineering上发表的一项研究中描述了该装置。

在池塘里的涟漪

同时刺激和记录大脑中的电信号就像试图看到池塘中的小涟漪同时还会溅起你的脚 - 来自大脑的电信号被刺激所传递的大量电脉冲所淹没。

目前，深部脑刺激器要么在传递电刺激的同时停止记录，要么记录在应用刺激的大脑的不同部位 - 基本上测量池中不同点处的小涟漪以防止飞溅。

“为了提供基于闭环刺激的疗法，这是治疗帕金森病和癫痫症以及各种神经系统疾病的人们的一个重要目标，同时进行神经记录和刺激非常重要，目前没有单一的商业设备“加州大学伯克利分校前博士后助理萨曼莎·桑塔克鲁兹说，他现在是德克萨斯大学奥斯汀分校的助理教授。

由Rikky Muller领导的Cortera Neurotechnologies公司的研究人员设计了WAND定制集成电路，可以记录来自细微脑电波和强电脉冲的全部信号。这种芯片设计允许WAND从电脉冲中减去信号，从而产生来自脑电波的清晰信号。

现有设备被调谐为仅记录来自较小脑波的信号并且被大的刺激脉冲淹没，使得这种类型的信号重建变得不可能。

“因为我们实际上可以刺激和记录在同一个大脑区域，我们确切地知道当我们提供治疗时发生了什么，”穆勒说。

该团队与电气工程和计算机科学教授Jan Rabaey合作，构建了一个具有无线和闭环计算功能的平台设备，可以编程用于各种研究和临床应用。

在加州大学伯克利分校的博士后，以及电气工程和计算机科学教授Jose Carmena的Santacruz领导的实验中，受试者被教导使用操纵杆将光标移动到特定位置。在训练期之后，WAND装置能够检测当受试者准备进行运动时产生的神经信号，然后传递延迟运动的电刺激。

“虽然延迟反应时间已经证明了，但据我们所知，这是第一次在仅基于神经记录的闭环系统中证明，”穆勒说。

“未来我们的目标是将学习融入我们的闭环平台，以构建能够找到最佳治疗方法的智能设备，并让医生不必经常干预这一过程，”穆勒说。

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