基本介紹
- 中文名：腦部植入電極
- 外文名：Brain implantation electrode
- 結構：絲質基材、塑膠層和纖細金屬電極
- 特點：水溶性
- 套用：癲癇、脊髓損傷
- 學科：電子工程
研究過程,工作原理,主要功能,套用領域,傳統對比,專家預測,改善記憶力,
研究過程
腦部植入電極研究人員為測試新型植入電極“捕獲”腦細胞活動能力展開了實驗。首先對貓施以麻醉，將新型電極植入貓腦，隨後向貓展示圖片，同時記錄貓腦視覺中樞對視覺刺激的反應。結果顯示，相較傳統植入電極，新型植入電極所“捕獲”腦信號最強；實驗後至少一個月貓腦未出現發炎症狀。
研究人員所用電極直徑500微米，相當於5根髮絲厚度。他們希望研製出密度更高的腦部植入電極，以提高信號解析度。
羅傑斯說：“未來還有可能壓縮絲質基材，添加一系列高性能電子元件，用導管送至腦部。”
該項研究結果2010年4月18日發表於《自然－材料》月刊。
工作原理
主要功能
腦部植入電極可以很好的記錄下癱瘓病人的大腦活動，然後可以將活動記錄轉到電腦滑鼠指針的移動從而幫助腦損傷患者控制機器手臂。
由於這種新植入電極絲質材料柔軟，超薄，且靈敏度高，它還可以抵達舊型腦部植入電極無法達到的大腦區域。
套用領域
對癲癇患者而言，這種植入電極靈敏度高，可探測癲癇發作信號，從而傳送脈衝阻斷神經元異常放電；對脊髓損傷患者而言，植入電極能在患者腦部和他們所使用牽引、矯形器具間傳輸信號，充當兩者“接口”，利於操控器具。
傳統對比
監測腦細胞活動主要採用兩種植入電極。一種是針狀電極，可深入腦組織內部，一種是微電極束，固定於無彈性矽網。兩種植入電極各有利弊。針狀電極所捕獲信號解析度高，但會對腦組織造成損傷；微電極束不損害腦組織，但所檢測信號解析度低。
傳統的矽製成的電極系（BCIs）在植入到腦部時會對腦部組織造成損害，而且電極之間的隔離空間也特別大，所以它檢測信號的解析度會很低。最糟糕的是，它還易於產生危害人類壽命的免疫反應。而且它工作時間短，不穩定，通常僅僅工作幾個月就會停止，病人還需要進行多次外科手術來置換電極系。
但是這款新型電極系很穩定，電極之間的空間也很緊密，這樣就可以解決舊電極的所有問題，從而會引導神經修復領域向更好的方向發展。
專家預測
2.5毫米厚的可溶性絲質基材，超薄柔軟，靈敏度高
伊利諾伊大學厄巴納－尚佩恩分校約翰·羅傑斯教授說：新型植入電極材質柔軟，靈活性強，能大幅降低對腦組織損害；能緊密貼合腦輪廓“成型”，穩定性強，確保電極與腦組織充分接觸，有利精確監測腦細胞大範圍活動。它融合先前兩種植入電極優勢，同時避免它們的缺陷，可謂“去糟取精”。
生物醫學工程師巴克利（Barclay Morrison）認為，這項新型可植入設備是先進技術發明的優秀例子，它同時也會將引領植入設備向一個全新的領域進軍。
大腦神經專家裡特（Litt）表示，這項新發明預示了可植入設備的新階段即將來臨，在未來植入設備不僅僅只針對大腦，還將會針對所有其它組織。
加拿大科學家研究發現，為治療肥胖將一根電極植入肥胖者腦部後，無意中改善了該患者的記憶能力。這一意料之外的發現為深度腦刺激（DBS）研究開啟了新的視窗。相關論文1月29日發表在《神經學年鑑》（Annals of Neurology）上。
改善記憶力
領導此次研究的是加拿大多倫多大學的神經外科醫生Andres Lozano。進行減肥手術的患者年齡50歲，體重190公斤，這已經威脅到了他的生命，並且其它的治療方式都已不起作用。醫生選擇將電極植入大腦視丘下部（hypothalamus），因為之前的動物實驗表明，刺激動物大腦的這一區域能影響它們想要進食的量。
令醫生們吃驚的是，當手術中進行大腦刺激時，患者宣稱有強烈的“似曾相識”（déjà vu）的感覺。患者回憶起了一個愉快的經歷，即30年前與朋友們在公園裡相聚。加強電極中的電流，患者能回憶起更多的細節。
術前和術後進行的一系列神經心理學測試表明，患者的總體智力水平並沒有明顯變化。但當電極接通時，患者進行複雜記憶（包括解釋、記憶成對的詞語等）的能力得到了顯著的提高。
研究人員認為這種特定類型記憶力的改善與大腦海馬區有關。他們檢測了患者的腦電圖，結果發現電流刺激激活了海馬區周圍的區域。研究人員猜測，電極一定是無意中刺激了大腦中稱為穹隆（fornix）的一束神經細胞，這些神經細胞經過視丘下部通向海馬區。
此次研究可說是肥胖治療手術帶來的“副作用”，但它卻引起了科學家的極大興趣。因為，雖然通過腦刺激促進記憶並不是罕見的事，但是此次卻是發生在視丘下部的電極。
此次只是單一患者的研究，Lozano和同事已經開始了另一個初步的研究，即調查這種腦刺激能否改善早期阿爾茨海默症患者的症狀。Lozano表示，如果手術證明是安全的，他就將開始一項大型的國際性研究以驗證其有效性。
英國劍橋大學人類記憶專家Richard Henson認為：“此次發現之前從來沒有過，非常令人激動。”美國埃默里大學醫學院神經學家Helen Mayberg說：“此次研究表明用DBS增強大腦功能是可能的，而這將在科學家和倫理學家之間激起很多討論。”
另外，使用DBS是否真的能夠治療肥胖目前尚不清楚。當電極接通時，此次手術的患者胃口確實被抑制了，但當他關閉電極時，體重並沒有減輕。
