記者3月25日從中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所獲悉，該所腦網(wǎng)絡(luò)組與腦機(jī)接口北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近日成功研發(fā)出全球首款電池供電的可穿戴閾上重復(fù)經(jīng)顱磁刺激設(shè)備（rTMS），相關(guān)成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
論文的共同第一作者、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員戚自輝介紹，這臺(tái)設(shè)備重量小于3公斤，性能卻與商用大型設(shè)備相當(dāng)，為rTMS技術(shù)在家庭、社區(qū)及自由行動(dòng)中的全場(chǎng)景應(yīng)用提供了新可能。
“腦機(jī)接口技術(shù)將大腦與機(jī)器建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)腦與外部設(shè)備的信息交換，按照信息流的方向可分為‘腦控’和‘控腦’兩類。”中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員、腦網(wǎng)絡(luò)組與腦機(jī)接口北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任蔣田仔說。
圖為中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組與腦機(jī)接口北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的電池供電可穿戴重復(fù)經(jīng)顱磁刺激設(shè)備（rTMS）。（中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所供圖）
蔣田仔介紹，“腦控”實(shí)現(xiàn)了腦信號(hào)解碼到外部設(shè)備的信息轉(zhuǎn)換，而“控腦”也叫神經(jīng)調(diào)控，通過電、磁、聲、光、熱等手段，將物理能量寫入大腦來干預(yù)神經(jīng)元的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器到腦的信息交換。相較于藥物治療，物理神經(jīng)調(diào)控技術(shù)因其副作用小、靶向性好，是臨床腦疾病治療的利器。以深部腦刺激（DBS）為代表的有創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)已在治療帕金森病等領(lǐng)域取得進(jìn)展。
然而，在無創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控中，由于人類進(jìn)化形成的頭皮、顱骨、腦脊液、腦膜等多層顱腦結(jié)構(gòu)，將腦組織層層保護(hù)，使得精確、有效的無創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控變得很困難，這始終是神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域中一塊難啃的“硬骨頭”。
戚自輝介紹，1985年，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)教授安東尼·巴克爾等人發(fā)明了經(jīng)顱磁刺激技術(shù)（TMS），其利用時(shí)變磁場(chǎng)在腦內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元的非侵入性調(diào)控，直接激活神經(jīng)元產(chǎn)生動(dòng)作電位。作為一種閾上的無創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控手段，TMS與磁共振成像、正電子發(fā)射成像、腦磁圖并稱“腦科學(xué)四大技術(shù)”。
“傳統(tǒng)rTMS設(shè)備的脈沖發(fā)放頻率很高，配套的電源和散熱設(shè)施使設(shè)備重達(dá)數(shù)十公斤，極大限制其在臨床和科研中的應(yīng)用。如何將rTMS設(shè)備小型化，甚至是實(shí)現(xiàn)可穿戴，是技術(shù)難題?！逼葑暂x說。
戚自輝介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過輕量級(jí)磁芯線圈設(shè)計(jì)和高功率密度高壓脈沖驅(qū)動(dòng)技術(shù)的突破，成功將設(shè)備功耗、重量降至進(jìn)口商用設(shè)備的10%，且和現(xiàn)有傳統(tǒng)商業(yè)TMS設(shè)備的刺激強(qiáng)度接近。試驗(yàn)中，該設(shè)備首次在自由行走過程實(shí)現(xiàn)了rTMS神經(jīng)調(diào)控，揭示了中樞神經(jīng)系統(tǒng)和不同肢體肌肉活動(dòng)之間的動(dòng)態(tài)相互作用。
論文的共同第一作者、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所高級(jí)工程師劉浩表示，可穿戴rTMS設(shè)備未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦信號(hào)檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，通過對(duì)腦信號(hào)的實(shí)時(shí)解碼優(yōu)化rTMS調(diào)控過程，形成可穿戴式閉環(huán)rTMS神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)，提升現(xiàn)有rTMS的治療穩(wěn)定性，讓閉環(huán)腦機(jī)接口從實(shí)驗(yàn)室走向真實(shí)場(chǎng)景的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。
“可穿戴rTMS設(shè)備的成功研發(fā)是神經(jīng)精神疾病治療領(lǐng)域的一項(xiàng)突破，將為患者帶來更便捷、更有效的治療選擇，同時(shí)也為腦科學(xué)研究提供了新的工具。這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)在腦健康和腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)揮重要作用?！笔Y田仔說。
