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新型植入装置监测癫痫发作

文章来源:科讯网发布日期:2011-12-03浏览次数:42845

一种新型植入装置超薄超柔韧,并且设置有传感器,它可以记录癫痫发作中大脑突发的强烈脑电活动,分辨精度是先前所能达到的近50倍。这样的细致程度会变革癫痫治疗方法,让人们用低侵入性手段就能检测和治疗癫痫。它还可以让人们拥有前所未有的能力,对大脑功能和脑机接口效果有更深的理解。
  就那些对药物治疗没有反应的癫痫患者来说,神经学家通常会尝试寻找定位大脑中癫痫发作的原发区域,这样他们就可以把该区域手术移除。因而,医生会移开一部分头骨,将一个大体积的传感器阵列安置在患者额叶皮层的表面。
  宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的一位癫痫病专家、生物工程学家布莱恩·里特(Brian Litt)说:“自从20世纪50年代或60年代开始,这些临床装置就没有过太多改变。” 里特是领衔这项新研究的科学家之一。因为这些装置必须要给每个电极配置电线,所以留下的空间只够容纳不到100个电极,而且产生的脑电活动照片分辨率也很低。里特说:“这就好像,在曼哈顿上空从一架直升机里悬吊下仅仅一支麦克风,然后试图去将音量放大听明白某个人群在讨论些什么事情。”
  目前的技术停滞不前,只能制作每平方厘米大约8个传感器的传感器阵列;而里特与伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)的一位材料科学及工程学教授约翰·罗杰士(John Rogers)合作,研发出一种新型阵列。该阵列可以在同样大小的空间里容纳360个传感器。为了创造一种密集容纳传感器的小巧装置,罗杰士将电子元件和硅晶体管整合进入阵列本身,大幅降低了配线数量。
  里特说:“这种新型装置更像是360支麦克风组成的阵列,从直升机上悬吊下来更接近地面,可以对更小的区域进行音量放大而记录:街角的几个人在说些什么,邮箱旁边的几个人又在说些什么。这项新技术会是理解大脑功能网络的关键,甚至还会是治疗并可能治愈某些疾病的关键。”
  里特、罗杰士和研究生乔纳森·维温迪(Jonathan Viventi )在一只癫痫猫中对该装置进行了试验。维温迪现在是纽约大学的助理教授,研究转化神经工程学。他们观察到一些引人注目的现象:一股强烈的脑电活动,看起来就像是自传播的螺旋波。这种模式只在分辨率极高的记录条件下才可以清楚看到,它与在心室纤维性颤动(ventricular fibrillation)时心肌中观察到的模式极其相似,而心室纤维性颤动会危及生命。
  里特说,人们传统上认为,大脑的很大一部分区域都是癫痫发作的原由。其实并非如此,癫痫发作似乎源自于面积十分小的大脑区域组成的集群,或者说皮层中的“微区”。该研究近在线发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)上。