Nature Medicine：用智能大脑起搏器治疗帕金森病

加州大学旧金山分校的研究表明，个性化的、自我调节的神经调节具有增强运动和睡眠的潜力。

加州大学旧金山分校的两项新研究指出，通过一种植入装置，可以治疗白天的运动问题和夜间的失眠，为帕金森病患者提供全天候的个性化护理。

这种方法被称为适应性深部脑刺激(aDBS)，它使用人工智能衍生的方法来监测患者的大脑活动，以观察症状的变化。

当它发现它们时，就会用精确校准的电脉冲进行干预。这种疗法补充了帕金森患者用来控制症状的药物，在药物有效时给予较少的刺激，以防止过度运动，在药物失效时给予更多的刺激，以防止僵硬。

这是一种所谓的“闭环”大脑植入技术首次在帕金森患者的日常生活中发挥作用。该设备接收大脑信号，创造一个持续的反馈机制，可以在症状出现时减轻症状。用户可以用手持设备切换自适应模式或完全关闭治疗。

在第一项研究中，研究人员对四个人进行了临床试验，以测试这种方法在白天的效果如何，并将其与早期的大脑植入DBS技术进行比较。

为了确保治疗对每个参与者提供最大程度的缓解，研究人员要求他们确定他们最困扰的症状。新技术将这些症状减少了50%。研究结果发表在8月19日的《自然医学》杂志上。

“这是帕金森病深部脑刺激的未来，”Philip Starr博士说，他是Dolores Cakebread神经外科教授，UCSF运动障碍和神经调节诊所的联合主任，也是该研究的高级作者之一。

Starr已经为这项技术奠定了十多年的基础。2013年，他开发了一种检测并记录与帕金森症相关的异常大脑节律的方法。2021年，他的团队确定了大脑节律中与运动症状相对应的特定模式。

Starr说:“人们对通过使其具有适应性和自我调节来改进DBS疗法非常感兴趣，但直到最近才有了合适的工具和方法，允许人们在家中长期使用这种疗法。”Starr于1998年被加州大学旧金山分校招募，开始了DBS项目。

今年早些时候，由医学学士西蒙·利特尔博士领导的加州大学旧金山分校的研究人员在《自然通讯》上证明，适应性DBS有可能减轻困扰许多帕金森患者的失眠。

两项研究的资深作者Starr说:“适应性DBS的重大转变在于，我们能够实时检测患者在症状谱上的位置，并将其与他们需要的确切刺激量相匹配。”利特尔和斯塔尔都是加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。

恢复运动

帕金森氏症影响着全球约1000万人。它源于大脑深层负责控制运动的产生多巴胺的神经元的缺失。这些细胞的缺乏还会导致非运动症状，影响情绪、动力和睡眠。

治疗通常以左旋多巴开始，这是一种替代这些细胞不再能够制造多巴胺的药物。然而，当药物生效时，大脑中过量的多巴胺会导致不受控制的运动，称为运动障碍。随着药物药效的消退，震颤和僵硬又开始了。

然后，一些患者选择植入标准的cDBS装置，该装置提供恒定水平的电刺激。持续的DBS可能会减少所需的药物量，并部分减少症状的波动。但该设备也可能补偿过度或补偿不足，导致症状在白天从一个极端转向另一个极端。

闭合循环

为了开发一种能够适应人体内不断变化的多巴胺水平的DBS系统，Starr和Little需要使DBS能够识别伴随不同症状的大脑信号。

之前的研究已经确定了与这些症状相关的大脑活动模式，这些症状发生在丘脑下核(STN)，即协调运动的大脑深层区域。这与cDBS刺激的区域是相同的，斯塔尔怀疑刺激会抑制它们需要接收的信号。

所以，他在大脑的另一个区域发现了另一种信号，叫做运动皮层，这种信号不会被脑起搏器刺激减弱。

下一个挑战是如何开发一个系统，可以使用这些动态信号来控制实验室外环境中的DBS。

Little十年前在牛津大学进行适应性脑起搏器研究，在此基础上，利特尔与斯塔尔及其团队合作，开发了一种方法，用于检测不同药物和刺激水平下这些高度可变的信号。

在几个月的时间里，博士后学者Carina Oehrn(医学博士)、Stephanie Cernera(医学博士)和Lauren Hammer(医学博士)创建了一个数据分析管道，可以将所有这些数据转化为个性化算法，以记录、分析和响应与每个患者症状状态相关的独特大脑活动。

John Ngai博士是美国国立卫生研究院“通过推进创新神经技术的大脑研究计划”(the Brain initiative?)的负责人，他说这项研究有望比目前的帕金森病治疗方法有显著的改善。

他说:“这种个性化的适应性DBS体现了BRAIN计划的核心使命，即彻底改变我们对人类大脑的理解。”

睡个好觉

持续的DBS旨在缓解日间运动症状，通常不能缓解失眠。

但在过去十年中，人们越来越认识到失眠、情绪障碍和记忆问题对帕金森病患者的影响。

为了填补这一空白，利特尔进行了一项单独的试验，其中包括四名帕金森氏症患者和一名肌张力障碍患者(一种相关的运动障碍)。在他们发表在《自然通讯》上的论文中，第一作者、加州大学旧金山分校神经学系博士后学者Fahim Anjum博士证明，该设备可以识别与各种睡眠状态相关的大脑活动。他还表示，它可以识别出表明一个人可能在半夜醒来的其他模式。

Little研究团队已经开始测试帮助人们睡眠的新算法。他们的第一项睡眠aDBS研究发表在去年的《脑刺激》杂志上。

科学家们现在正在开发类似的闭环DBS治疗一系列神经系统疾病。

“我们看到它对患者有深远的影响，不仅对帕金森氏症有潜力，而且对抑郁症和强迫症等精神疾病也有潜力。我们正处于神经刺激疗法新时代的开端。”