去年年底，麻省理工學(xué)院(MIT)的神經(jīng)科學(xué)家蔡立慧(Li-Huei Tsai)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在Nature上發(fā)表的一項(xiàng)研究引起廣泛關(guān)注，他們利用特定頻率閃爍的LED燈，大大減少了阿爾茨海默病模型小鼠大腦中的β-淀粉樣蛋白斑，這種無創(chuàng)、容易開展的方法為阿爾茨海默病的治療開辟了一個(gè)新方向。近日，該研究小組與MIT的同事和貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心(BIDMC)的研究人員合作，在Cell上又發(fā)表了一項(xiàng)可能用于治療帕金森病等神經(jīng)疾病的無創(chuàng)治療方法，不過，這一次他們不是用“光”，而是用“電”。

深部腦刺激(Deep brain stimulation，DBS)是一種在腦內(nèi)特定靶點(diǎn)植入電極進(jìn)行電刺激，從而達(dá)到治療目的一種新方法。比如，對下丘腦核的刺激，可以用來治療帕金森病。但是，這種方法需要打開顱骨并植入電極，這可能引起一些并發(fā)癥，對患者而言是一項(xiàng)存在風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜手術(shù)。

深部腦刺激需在大腦內(nèi)植入電極

有沒有什么方法能夠非侵入式地進(jìn)行深部腦刺激呢?

MIT和BIDMC的研究人員合作，提出了一種新方法——通過放在頭皮上的電極就能刺激大腦深處的區(qū)域。這種方法可以降低深部腦刺激的風(fēng)險(xiǎn)和成本，更易于患者使用。此外，除了帕金森病，醫(yī)生也用深部腦刺激治療一些強(qiáng)迫癥，癲癇和抑郁癥等腦部疾病。研究人員表示，新的無創(chuàng)方法可以使深部腦刺激更適用于治療其他疾病。

深部腦刺激用于治療帕金森病時(shí)，電極通常放置在大腦深部的下丘腦核內(nèi)，這是一個(gè)位于丘腦下方的晶狀體結(jié)構(gòu)。對許多帕金森病患者而言，在該腦區(qū)傳遞電脈沖可以改善癥狀，但植入電極的手術(shù)會帶來腦出血和感染等風(fēng)險(xiǎn)。

一些研究人員試圖使用經(jīng)顱磁刺激(TMS，該技術(shù)被FDA批準(zhǔn)用于治療抑郁癥)等技術(shù)無創(chuàng)刺激大腦。由于TMS是非侵入性的，它也被用于正常的人類受試者以研究認(rèn)知、情感、感覺和運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)科學(xué)。然而，使用TMS刺激深部腦結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致表面區(qū)域被強(qiáng)烈刺激，多個(gè)大腦網(wǎng)絡(luò)的被調(diào)整。

兩種頻率略有差異的高頻電流在大腦深部相互抵消，產(chǎn)生一段低頻電流 圖片來源：Cell

高頻電流在大腦深部相互作用驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元

研究人員利用一種名為temporal interference的現(xiàn)象，通過放置在頭皮上的電極，向大腦深處傳遞電刺激。這種方法讓置于腦外的電極產(chǎn)生兩個(gè)高頻電流。這些電流頻率太高以至于無法驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元。但是，這些電流能夠相互干擾，當(dāng)它們在腦部深處相交時(shí)，就能在神經(jīng)元內(nèi)部產(chǎn)生一小段低頻電流。這種低頻電流可以驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元的電活動(dòng)，而高頻電流沒有影響經(jīng)過的周圍組織。

通過調(diào)整這些電流的頻率并改變電極的數(shù)量和位置，研究人員可以控制接收低頻刺激的腦組織的大小和位置。他們可以瞄準(zhǔn)大腦深處的位置，而不影響任何周圍的腦結(jié)構(gòu)。他們也可以通過改變電流來引導(dǎo)刺激的位置而無需移動(dòng)電極。通過這種方式刺激大腦深部的靶點(diǎn)，既能夠用于治療，又能幫助基礎(chǔ)科學(xué)研究。

本研究的通訊作者，MIT媒體實(shí)驗(yàn)室和McGovern腦研究所的成員 Edward S. Boyden說：“你可以繞過上層神經(jīng)元直達(dá)深層靶點(diǎn)，不過目前空間分辨率還比不上深部腦刺激。”

刺激大腦深部激發(fā)動(dòng)物行為

MIT皮考爾學(xué)習(xí)與記憶研究所所長蔡立慧以及她實(shí)驗(yàn)室的研究人員在小鼠中測試了這種技術(shù)，發(fā)現(xiàn)他們能夠刺激大腦深處的小區(qū)域，包括海馬。他們也能夠轉(zhuǎn)移刺激部位，激活運(yùn)動(dòng)皮層的不同區(qū)域，并誘發(fā)小鼠運(yùn)動(dòng)其四肢，耳朵或胡須。

“我們可以非常精確地瞄準(zhǔn)一個(gè)大腦區(qū)域，不僅僅是引發(fā)神經(jīng)元激活，而且是行為反應(yīng)，” 蔡立慧表示，“我認(rèn)為這是非常令人興奮的，因?yàn)榕两鹕『推渌\(yùn)動(dòng)障礙似乎源自一個(gè)非常特定的大腦區(qū)域，如果你能夠瞄準(zhǔn)靶點(diǎn)，就有可能扭轉(zhuǎn)它。”

在海馬實(shí)驗(yàn)中，這種刺激方法能夠成功繞開位于顱骨表面的電極和腦內(nèi)的靶點(diǎn)之間的皮層區(qū)域。并且，大腦的其他部位也沒有受到任何有害影響。

去年，蔡立慧的研究小組使用LED光誘導(dǎo)特定頻率的腦電波從而大大減少小鼠腦中β淀粉樣斑塊。她現(xiàn)在計(jì)劃探索這種類型的電刺激是否也能夠產(chǎn)生一種類似的有益腦電波。