自动调节电流！无线“大脑起搏器”为神经系统疾病提供治疗新方法

加州大学伯克利分校的工程师开发了一种新的神经刺激器，可以同时监听和刺激大脑中的电流，将为患有癫痫和帕金森症等疾病的患者提供微调治疗带来可能。

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特征可能非常微妙，而防止癫痫发作所需的电刺激频率和强度也同样敏感。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是无线免人工神经调节装置的简称，它既是无线的，又是自动的，这意味着一旦它学会识别震动或癫痫的信号，它就可以自行调节刺激参数，防止不必要的动作。因为它是一个闭环——意味着它可以同时刺激和记录——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著降低可能会大大改善结果和可用性。”伯克利电气工程和计算机科学助理教授Rikky Muller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。12月31日在Nature Biomedical Engineering上发表的一项研究中描述了该装置。

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拍打你的脚 —— 来自大脑的电信号被刺激发出的大脉冲所淹没。

目前，深部脑刺激器要么在传递电刺激时停止记录，要么在施加刺激的大脑不同部位进行记录，本质上是测量池塘中不同位置的小涟漪，而非拍打你的脚。

“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Samantha Santacruz说，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。

Muller说:“因为我们可以在同一个大脑区域进行刺激和记录，所以当我们提供治疗的时候，我们确切地知道发生了什么。”

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。

“虽然延迟反应时间以前已经得到证明，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。” Muller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。” Muller说。