电气化的大脑:植入式神经电子的故事

2014-04-15 18:43:10来源: 雷锋网
    今天在全球大约有10万人携带脑部植入的神经电子,但是你们有没有想过这些设备除了治疗疾病还能做什么?

  一个护士和一个病人

  这是2007年的一个深夜,纽约曼哈顿地区的一家医院里,护士Rebecca Serdans正在值班。但她慢慢察觉到有什么不对劲了——她感到脑后一股越来越强烈的灼热感。

  Rebecca长期患有一种叫做肌张力障碍的神经疾病,病发时常常能让她感到虚弱的肌肉疼痛以及行动障碍。而她大脑深部植入的刺激设备(deep brain stimulation)能帮她抑制病发。就像针对大脑的起搏器一样,植入设备向苍白球(位于大脑两侧半球深部的基底核的重要组成部分)输出规律的电脉冲,让她能够自由活动并且免于痛楚。

  不过现在,在手术过去的许多年后,她感到植入设备开始时不时地失效了。

  在当年刚接受完手术不久她就拿到了一本关于防止设备干扰的手册,比如要避免强磁场和微波炉这样的场所,甚至有的病人需要避开电动汽车上的电池。

  但是这附近没有转着的微波炉,没有汽车;她感到随着疼痛越来越强烈,她的肌肉开始麻木了。

  她并不知道,就在她站着的地方隔着一堵墙就是加护病房——那里摆放着的核磁共振机产生的磁场足以在10米外让她的植入设备失效。

  在忍着疼痛结束了夜班之后,医生帮助她重置了设备——那些症状也慢慢消失了。她回到工作,医生嘱咐她要避开加护病房中的设备。但在这之后的两个月内,她的起搏器罢工了3次。第4次失效时,她踉跄地回到家中,眼前一黑昏倒过去。

  在度过了将近20年的护士生涯之后,医院这个地方已经反过来威胁到她的生命。这里分布了太多的磁场和干扰设备,她的上司并不明白核磁共振机怎么了,为什么他手下的护士突然不能在加护病房工作了。

电气化的大脑:植入式神经电子的故事

  植入设备和大脑的运作

  当下,大约有10万人需要携带类似Rebecca的脑部植入设备;其中绝大多数是用于帕金森症的治疗。设备本身由一些植入皮下的线路和电池相连;通过向脑部控制运动的中枢输送脉冲,医生们能够抑制帕金森患者的颤抖。其他的运动障碍比如Rebecca的症状,也是类似的治疗方式。

  人类的大脑是如此地复杂以至于最初外科医生们只能通过对不同部位的脉冲刺激试验来区分不同的功能中枢——比如刺激这里会让你的左侧肢体瘫痪,而另一处则会导致失语症。通过这样的方式外科医生们也在逐渐绘制成大脑工作的导航地图。

  Dr. Kaplitt是当年为Rebecca进行手术的外科医生。他将大脑的工作比成一系列的协作电路。类似肌张力障碍这样的疾病就像是其中的某个电路模块失灵了,而当你植入脑部刺激设备时它“屏蔽了大脑对应模块之间的异常信息,或者说纠正了异常信息”。

  但Kaplitt同时也表示这些都是理论上的假设:“脑部刺激的机制目前仍有非常多的不明之处,富有争议。”

  这些不解之谜并没有放慢这方面研究进展的脚步。现在脑部刺激植入的相关专利已经能够提升记忆,治愈结巴以及唤起性高潮。试验性的研究已经采用这样的设备来治疗阿兹海默(老年痴呆)以及毒瘾。目前我们针对大脑这些区域的植入设备在技术上远不及运动障碍领域,但我们有理由相信这其中有类似的规律。

    经济潜力推动技术探索

  与此同时,我们也不否认这其中存在着巨大的经济利益。Medtronic是全球最大的植入式设备生产商,其去年的盈利是17亿美金。这在无形中也推动了关于植入设备更多用途的研究,包括以捕获—感知模型建立的可以预知癫痫发作的设备(将在今年投入人体试验)。

  同时,精神病理专家们也在探索这一技术可以发挥的地方。在德国的波恩大学,Dr. Thomas Schlaepfer就在利用植入设备治疗严重的抑郁症。Schlaepfer的研究针对的是大脑的激励中枢而不是运动中枢,他将抑郁划分为神经激励机制的异常。

  “我认为神经上的脑部刺激将会是近50年来最大的革新,”他表示,“因为它能给那些绝望的人带来希望。”

  Schlaepfer的研究是恢复大脑的工作异常,但他的成果还可能有别的应用。他承认还有一种有违伦理的做法是拿植入设备在大脑中建立长时间的奖励机制——他把这成为“电子海洛因”。

  脑部植入设备在医疗之外

  那么为什么我们要让植入式神经电子止步于疾病治疗?如果我们能恢复阿兹海默患者的记忆,那么同样的电路是否能给携带者带来超人的记忆?

  目前研究者已经能够猜测那些提升记忆或者唤起识别中枢所在的位置,那么很容易想象这些方法用于使人集中注意或者提高人的语言能力。这个叫做神经增强的概念已经是实验研究中多年的一个话题,但现在脑部刺激有可能将它变为现实。

  生理学家José Delgado早在上世纪70年代就提出过神经刺激应用于大众的可能性——“用更大的人格自由度和独创性来创造一种未来人类,更为乐观,更少的攻击性在性格上整体更为均衡…由此建立一个心理文明的社会。”

  不过在当时的那些年月,Delgado被当成现代脑部刺激研究的怪异先行者,他的怪异而非他的理论得以广泛传播。

  虽然Delgado的理论至今富有争议,但他的很多思路在今天的神经增强研究看来仍是可信的。比如Dr. Schlaepfer就认为深度的脑部刺激并不会长期局限于医疗。

  这其中的论证是:

  人类一直在打造更强的大脑——无论是短期的修复,比如喝一杯咖啡;还是长期的训练,比如算数练习。只要这样的结果和过程能得到人们的首肯,我们有理由看到神经增强将会被越来越多的人使用。如果使用12个小时的植入设备能代替一整年地服用抗抑郁药物,那么大多数的伦理学家将会认同这件事情。

  并且病人可以随时从这一过程中全身而退。

    脑部刺激植入设备 vs. 传统药物治疗

  脑部刺激当前最大的障碍在于植入设备时的颅部手术。这不仅价格昂贵而且人体的外物植入总是带有一定的危险。

  也许这一现状将会得到改变,“就目前来说,DBS(深脑刺激)技术还只是半成品。”Schlaepfer表示。而随着技术的发展,它会变得更为温和。实验性的方法比如超声波或者电极疗法可以达到相同的效果,而不需要颅部的电路植入。

  44岁的Joe Narciso在接受脑部刺激植入之前,每天要服用19片药丸。他要服用通常的帕金森药物和另一组治愈颤抖的药物。尔后帕金森药物使得他神经紧绷不能入睡,所以他还要服用安眠药物。这些混合药物使得他在挥之不去的帕金森症状上同时感觉昏昏欲睡。

  相比之下,脑部刺激的影响要比这轻很多。并且Joe还在用植入设备治疗那些药物无法干预的症状。在患帕金森症之前,Joe是一位拥有2500条商业广告的配音演员;但是病情使他的嗓音变得沙哑。但现在他宁愿更换更大体积的植入物实现特定电压和频率的刺激,这能让他找回自己的声音——而过去的药物治疗无法做到。

  另一位不愿透露姓名的帕金森病人在遭受帕氏药物的副作用折磨之后,转而求助于脑部刺激。其服用药物中的普拉克索片对她产生了副作用,使她强烈地沉迷于赌博和性刺激。脑部刺激对她来说也有别的副作用,但她坚决不愿意再遭受普拉克索片的困扰了。

  脑部植入设备虽然听上去让人害怕,但在部分案例中它实际比药物更为安全。

  脑部植入设备带来的心理困扰

  Dee Linde患有严重的肌张力障碍导致她几乎不能站立。植入设备使她恢复了行动能力,但她一直被脑部刺激带来的心理困惑所纠缠。如果没有植入设备她就不能生活,那么她与生俱来的身体和大脑又有什么意义呢?

  “医生们能在身体上将你治愈,但你如何过心理这一关。”最终,她决定“不管他们在我体内放了什么。我只要我正常的生活,如果这些电池和电路能换回我正常的生活,我愿意去接受这些。”

  这些问题同样伴随着Rebecca Serdans的生活。此时她已经转为病患的家庭探访,并且完全不去医院了。她告诉记者:“DBS(深脑刺激)确实能让你找回生活的大部分,但不是所有的一切。”她还是不能右转上半身,所以她让记者一直站在她的左侧。

  她回忆在没有植入设备的日子里,她是依靠背部的药剂注射来治疗病情——但当时药物已经越来越不起作用。她在Hunter College准备医护学位的考试时,肌肉的颤抖使她完全不可能通过实验考试。但最终脑部刺激设备治愈了她的颤抖,并且让她拿到了急需的学位。即使现在,她被迫离开了医院,她表示植入设备给她带来的事物仍多过那些她失去的。

  在场的记者问到:那这种感觉奇怪吗?我是说,带着这些植入设备和线路生活,定期检查电池电量。你有没有感觉跟普通人——不一样呢?

  “普通人的感觉?”她笑着说,“我已经不记得做一个普通人是什么感觉了。”

关键字:大脑  植入  电子  故事

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2014/0415/article_4657.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
大脑
植入
电子
故事

小广播

独家专题更多

迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved