PNAS：神經假體恢復受損大腦功能
日期：2013-12-11 09:34:50
神經接口系統（Neural interface systems），對大腦修復策略變的越來越可行。來自美國凱斯西儲大學和堪薩斯大學醫學中心的科學家們，在大腦受傷的大鼠模型中，利用一個神經假體恢復了它的行為舉止——在這個例子中，指其通過一個狹小通道伸出前肢抓握食物的能力。
該研究團隊希望最終發展一種裝置，能夠快速和大幅提高人類受損后大腦的功能。有150萬美國人缺少這樣的商業治療，包括在阿富汗和伊拉克的士兵，他們遭受了創傷性大腦損傷（TBI），而且，在美國，每年有將近80萬經受無力和癱瘓的中風患者。
假體，稱為腦機接口（brain-machine-brain interface, BMI），是一個閉環的微電子系統。它記錄來自大腦一部分的信號，并實時地處理這些信號，然后通過刺激已經失去連通性的大腦的第二個部分，將受損部位彌合起來。
這項研究發表在最近的PNAS雜志上。凱斯西儲大學電子工程和計算機科學教授Pedram Mohseni，構建了大腦假體，他說：“如果你使用這個裝置，把來自大腦一部分的活動結合到大腦的另一部分，是否有可能引起TBI的恢復？這是本研究的核心之處。”
他說：“是的，我們最終發現，可以使用一個閉環的神經假體，促進受損大腦的修復。”
研究人員在堪薩斯大學分子和綜合生理學教授Randolph J. Nudo實驗室中的大腦損傷模型大鼠中，測試了這個假體。Nudo繪制了大鼠的大腦圖，構建了一個模型，在這個模型中，控制大鼠前肢的大腦前部和后部部分被切斷。
腦機接口在每個動物的頭頂，是位于一個比25美分硬幣更小的電路板上的一個微芯片，與植入兩個大腦區域的微電極連接。
該裝置能夠放大信號，這被稱為神經動作電位，由大腦前部的神經元產生。一種運算法則，能夠從噪音和其它人工產品中分離這些信號，將其記錄為大腦峰電活動。利用檢測的每個峰電，微芯片能夠發出電流脈沖，刺激大腦前部的神經元，人為地連接兩個大腦區域。
假體植入并連續運行兩周后，利用全閉環系統的大鼠模型已經恢復了幾乎所有因為損傷而丟失的大腦功能，接近未受傷正常大鼠所用時間的70%，它們成功地取回食物顆粒。受到該裝置隨機刺激的大鼠模型，取回了不到一半的食物顆粒，而那些沒有接受刺激的大鼠，只取回了大約四分之一。
Mohseni說：“仍有一個需要回答的問題是，假體必須被終生保留在原處嗎？還是可以在2到6個月之后被撤掉，新的連接是否和何時將在大腦中形成？”
大腦研究已經表明，在生長期間，相互之間有規律交流的神經元，會發展和鞏固它們之間的連接。Mohseni和Nudo稱，他們需要更多的系統性研究，確定在大腦中發生了什么從而引起了功能恢復。他們也想確定，在大腦受損傷后，是否存在一個最佳的時間窗口，在這個時間內，他們必須植入裝置以恢復大腦功能。
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