Cell发布重大成果：无创刺激大脑深部区域

　　

生物通报道：深部脑刺激(Deep Brain Stimulation，DBS)是由拉斯克奖得主Alim Louis Benabid发明的一种医疗方法，可以改善衰弱性，出现治疗抗性的脑部疾病，但这种方法需要手术穿过多层组织，植入电极到大脑靶标中，这无疑会给患者带来巨大的痛苦。

来自美国麻省理工学院，英国帝国理工学院的一组研究人员研发出了一种不需要手术手段，就可以刺激埋在大脑皮层下方的区域的新方法，这种方法也不会干扰大脑靶标周围的组织。这一研究成果公布在最新一期（6月1日）的Cell杂志上。

领导这一研究的是光遗传学技术先驱，麻省理工的Edward S. Boyden教授，2005年Boyden教授和Karl Deisseroth教授研发出了光遗传学技术，他们使用慢病毒基因载体结合高速光开关将一种天然的海藻蛋白质ChR2（Channelrhodopsin-2）转染到神经元中，实现动作电位与突触传导的兴奋抑制性控制。

对于最新这项成果，Boyden教授表示，“深层脑刺激可以帮助数以百万计的脑部疾病患者。如果我们可以从大脑外部进行刺激，那么就可以帮助到更多的人”。之前的研究证明深部脑刺激可以改善帕金森病，抑郁症和一些严重的强迫症患者，并且近期的一些研究也指出了这种方法对于阿兹海默症的治疗疗效。但是外科手术都是侵入性的，而且还通常要求患者保持清醒，因此造成了这种治疗手段的局限性。

在这篇文章中，研究人员采用方法的基础在于神经元对高频刺激普遍缺乏反应，文章第一作者Nir Grossman说，“几十年前，我们就已经了解了这种基础生物物理特性”。然而最新研究表明，如果频率略有不同，神经元可以区别出两个干扰电流之间的差异。因此可以通过来自大脑表面的高频电流选择皮质下方的区域。

研究人员在小鼠头顶部的特别位置放置了两个电极，然后激发稍稍不同的高频电流，在其中一个实验中，颅骨一侧的电极提供了2,010千赫兹电流，而相对的电极激发的是2000千赫兹的电流。这种高频不会影响它们所穿过的脑区域神经元。但是，在这些电流重叠的大脑区域，会发生相互干扰，神经元能够感测到两个频率之间的差异，并受到10赫兹电流的影响。

研究组将这称为“时间干扰刺激（temporal interference stimulation）”，这首次证明了在体外实验，和小鼠实验中可以通过这种方式记录到皮质中的神经元活动。之后研究人员进一步深入到大脑中，选择性地刺激了海马区，Grossman说：“这是有史以来第一次证明神经元可以实际对这产生应答。”

接下来，研究人员通过增加或减少一侧电极的刺激频率，“引导”重叠区域的改变，Boyden教授说，当一侧当前的电流弱于另一侧电流的时候，重叠区域就会靠近弱势一方。通过这样的引导，研究人员在小鼠的右爪和左爪，晶须和耳朵中产生了自选运动。

这项研究证实，刺激清醒的小鼠大脑并没有改变脑温度，损伤神经元或DNA，以及24小时后引起免疫反应。值得注意的是，时间干扰刺激影响预期的脑区域内神经元活动，而不影响周围区域，研究人员通过检查海马和周围组织的c-fos蛋白水平（神经元活动的标记）证明了这一点。

“这只是一个开始，还有更多的工作要做，但这项成果是一个里程碑，”Grossman说。

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（生物通：张迪）

原文检索：

N. Grossman et al., “Noninvasive deep brain stimulation via temporally interfering electric fields,” Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.05.024, 2017.