有關(guān)大腦刺激的各類表現(xiàn)

到目前為止，個性化深部腦刺激的挑戰(zhàn)一直是人腦本身。精神障礙在每個患者的大腦中可能表現(xiàn)出不同的表現(xiàn)。同樣，每個患者的大腦活動及其癥狀是否以及如何響應(yīng)刺激也會非常不同。這使得難以了解給定患者的刺激效果或如何隨時間改變刺激劑量(即其幅度或頻率)以使其適應(yīng)患者的需求。

數(shù)百萬患有神經(jīng)疾病和精神疾病(例如抑郁癥，成癮癥和慢性疼痛)的患者具有治療抵抗力。實際上，所有嚴(yán)重抑郁癥患者中約有30%對任何藥物或心理療法*沒有反應(yīng)。簡而言之，針對這些疾病的許多傳統(tǒng)治療形式可能已達(dá)到極限。我們從這里去哪里?

由USM維特比工程學(xué)院的安德魯和厄納·維特比電氣與計算機(jī)工程早期職業(yè)主席Maryam Shanechi領(lǐng)導(dǎo)的研究將在《自然生物醫(yī)學(xué)工程》上發(fā)表，這為有前途的替代方法鋪平了道路：個性化的深部大腦刺激。這項工作代表了在為整個神經(jīng)系統(tǒng)和精神疾病實現(xiàn)新療法方面邁出的重要一步。

Shanechi和她的團(tuán)隊找到了一種方法，可以通過開發(fā)新的刺激波形并創(chuàng)建新的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來預(yù)測電刺激會對多個大腦區(qū)域的個人大腦活動產(chǎn)生何種影響。他們與紐約大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授Bijan Pesaran合作，在實際的大腦刺激實驗中證明了該模型的成功。

為此，他們設(shè)計了兩種工具：一種新穎的電刺激波，用于繪制大腦活動圖;和新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以從刺激過程中收集的大腦數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)地圖。Shanechi說：“我們的波隨時間隨機(jī)改變其幅度和頻率，使我們能夠看到并預(yù)測大腦對各種刺激劑量的反應(yīng)。”就像萬-能-鑰-匙可以打開任何一扇門一樣，該波可以應(yīng)用于任何人的大腦，并提供有關(guān)其對刺激反應(yīng)的個性化地圖。為了檢驗他們的假設(shè)，研究人員將其波應(yīng)用到大腦的四個不同區(qū)域。在每種情況下，他們都能夠*預(yù)測多個區(qū)域大腦活動的結(jié)果。

Shanechi和她的團(tuán)隊先前已經(jīng)開發(fā)了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來解碼精神障礙的癥狀，例如大腦活動產(chǎn)生的情緒。現(xiàn)在，憑借新的能力可以更好地預(yù)測刺激如何單獨影響大腦活動，他們尋求將他們的發(fā)現(xiàn)結(jié)合到針對精神障礙的個性化療法上。“通過將這兩個盒子放在一起，我們希望建立一個閉環(huán)腦機(jī)接口，通過根據(jù)大腦活動實時跟蹤癥狀并預(yù)測刺激變化如何改變活動來調(diào)節(jié)電刺激療法的劑量因此出現(xiàn)了這些癥狀。” Shanechi說。

這意味著醫(yī)生可能很快就能通過改變刺激的幅度和頻率，逐案并實時地個性化“劑量”的深部大腦刺激?？梢詫⑵湟暈樵黾踊驕p少藥丸中毫克數(shù)的大腦刺激形式。對于患有精神疾病(如無法治療的抑郁癥或焦慮癥)的人而言，影響是巨大的。