科学家开发实验性大脑植入物

  据外媒报道,纽约大学医学院的研究人员开发了一种大脑植入物,旨在实时检测疼痛感觉,并提供阵发性的疼痛缓解刺激。该设备仍处于深度实验阶段,但一项新的概念验证研究表明,它在啮齿动物模型中有效地发挥作用。

  在大脑植入的世界里,科幻小说和现实之间的鸿沟仍然相当巨大。除了一些令人振奋的人体试验显示植入物的瘫痪者恢复了触觉或用意念控制计算机外,该领域的大多数研究仍处于初级阶段。动物试验展示了渐进的技术进步。现在,研究人员已经开发出一种界面,可以检测大脑的一个部分的疼痛信号,并立即对大脑的另一个部分作出刺激反应,以缓解这种疼痛。

  该系统被称为闭环脑-机接口。这些设备以前曾被探索用于检测和治疗癫痫发作,但这是该系统第一次被用于治疗疼痛。

  研究中提出的实验装置与两个大脑区域相连接。一个电极阵列检测和解码前扣带皮层的疼痛信号,而一个光遗传系统刺激前额叶皮层前区的锥体神经元以提供疼痛缓解。这就形成了一个实时的神经反馈回路,在疼痛出现时立即予以抑制。

  这项新研究的资深作者王静说,该系统的自动化性质降低了过度使用和容忍的风险,因为受试者无法控制疼痛缓解的激活。此外,由于该系统专注于抑制大脑中的疼痛处理,它不应该与已知导致成瘾问题的阿片类奖励区域相联系。

  在啮齿动物测试中,研究人员报告说,该设备在80%的时间里有效地检测到了疼痛感。这包括各种不同类型的疼痛输入,从机械或热痛到炎症性和神经性疼痛

  该系统还有效地抑制了动物的一些感觉和行为上的疼痛反应,这表明它确实在提供急性疼痛缓解。例如,一项测试显示,当植入物开启时,动物从疼痛来源处撤回其爪子的速度明显更慢。这表明疼痛感的强度因该设备而降低。

  "我们的研究结果表明,这种植入物提供了一种有效的疼痛治疗策略,即使是在传统上难以确定或管理的症状的情况下,"研究人员指出。

  当然,这项研究仍然是深入的实验性的,离某种现实世界的人类疼痛缓解的大脑植入物还很远。除了在实际将这种技术植入人类大脑时有待克服的生理障碍之外,研究人员还坦率地说了转化这一想法的挑战。

  人类没有明确划分的大脑区域来单独管理和处理疼痛,因此需要更多的研究来确定理想的区域,以确定检测和治疗系统。同样不可避免的是,对某些区域的一般性大脑刺激将产生超出疼痛控制的非特异性效果。因此,为了使其在人类中完全有用,研究人员将需要改进该技术的特异性。

  尽管如此,这个概念性演示指出了未来闭环大脑植入物的一系列令人难以置信的可能性,即实时跟踪任何数量的不同输入,并提供即时的治疗性神经调节作为回应。该项目的首席研究员张乔生认为,这样的系统也可以治疗许多精神疾病。

  张乔生说:“我们的结果表明,这个设备可能有助于研究人员更好地了解疼痛在大脑中的作用。此外,它可能让我们找到其他神经精神疾病的非药物疗法,如焦虑、抑郁和创伤后压力。”

  这项新研究发表在《自然-生物医学工程》杂志上。

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