来源：IEEE电气电子工程师学会

摘要：据悉，能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学正在开发的一种装置，可以通过测量大脑对电流刺激它的疗法的反应来帮助恢复失去的大脑功能。

据悉，能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学正在开发的一种装置，可以通过测量大脑对电流刺激它的疗法的反应来帮助恢复失去的大脑功能。

 

这种方法可以开辟治疗大脑疾病的新途径，并有选择地开启和关闭大脑活动。安东尼·诺西亚斯坦福大学的心理学教授，他发起了这个项目。

 

通过放置在头皮上的电极进行神经刺激显示出很大的希望，但它的即时效应很难研究，因为研究人员发送到大脑的数百万倍的更强的脉冲很容易淹没大脑的神经反应。为了检测出更微弱的大脑反应，科学家们必须在刺激前后的不同时段监测脑电波和行为反应。这种新装置在实际应用刺激的同时测量脑电波，有可能在两者之间建立更好的联系。

 

“这种装置的工作原理类似于雷达，雷达发射电磁波，被动地监听反射较弱的波，”SLAC资深科学家表示。“我们通过脑电图监测系统的电极向头部发送电脉冲，而在这些强脉冲之间，我们使用相同的电极从头部内部接收微弱得多的电信号。”

 

刺激电脑

我们的大脑是由数千亿个神经元组成的错综复杂的网络，任何干扰这个网络的东西，比如不正常的大脑发育或中风，都会导致严重的疾病，包括癫痫、抑郁、焦虑、视力障碍、慢性疼痛和瘫痪。

 

刺激脑组织改变神经元的激发方式，帮助大脑形成神经联系。Norcia的研究集中于将该方法应用于弱视(懒惰眼)和斜视(交叉眼)等视力损害的病例，以及更好地理解双目竞争等现象，这种现象描述了这样一个事实：当同时呈现两种不同的图像时，我们一次只能意识到一种现象。

 

Norcia的小组开发的模型描述了大脑视觉中心的电活动如何辐射到头皮，在那里它可以被脑电图捕捉和测量。他们还开发了将电脉冲传递到大脑特定位置的模型，在那里他们改变了与视觉相关的大脑功能。

 

诺西亚说：“我们的模型给了我们一个很好的想法，那就是如何设计一个电极阵列，以达到大脑内部的特定体积。”“但我们也希望能够‘倾听’大脑的反应，同时确定一个应用的刺激是否具有预期的效果。”

 

今天的临床脑电图系统不可能同时做到这一点，但由于与SLAC的合作，这种情况可能很快就会改变。

 

一种新型脑电

为了寻找技术挑战的解决方案，诺西亚开始与肯尼交谈，肯尼专门为研究自然界最基本的物理过程的SLAC实验开发探测器，并且马丁·布莱登巴赫，SLAC和斯坦福大学粒子物理学和天体物理学教授。

 

布雷登巴赫说：“在SLAC，我们正试图回答一些关于我们宇宙的重大问题，并弄清楚人类的思维是如何运作的。”“我们当然有工程技能和资源来帮助神经科学的一些技术问题。由于我们在高能物理方面的背景，我们也习惯于多学科的合作，并知道如何使它们发挥作用。“

 

大约一年后，该项目获得资金通过斯坦福Bio-X该团队已经成功地测试了一种脑电系统的原型，该系统能够提供脑电刺激，同时测量大脑的持续活动。

 

为了做到这一点，他们将传统脑电图监控器的电子板与另一个他们建造的提供9伏电池产生的电刺激装置配对。然后他们成功地在自己身上测试了这个装置。

 

走向医疗

在开始对更多人群进行研究之前，还需要做更多的工作。例如，未来版本的设备将有更多的电极，并将提供更多的控制方式的脉冲传送。

 

“现在，我们基本上可以打开和关闭刺激，设置它们的强度和持续时间，”SLAC的杰夫·奥尔森一个电气工程师在这个项目上。“在下一代，我们将能够编程设备，这将使我们选择不同类型的信号形状，并同步电信号与其他外部触发器，如视觉刺激。”

 

但团队的计划并不止步于此。“从长远来看，我们希望在芯片上开发一种设备，”肯尼说。无论病人去哪里都可以得到神经刺激。

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