下一代脑电图可以恢复失去的大脑功能
美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学正在开发一种设备，通过测量大脑对电流刺激疗法的反应，可以帮助恢复失去的大脑功能。
这种方法可能为治疗开辟新的途径大脑斯坦福大学心理学教授安东尼·诺尔西亚(Anthony Norcia)是该项目的发起人，他说，这是一种疾病，以及选择性地开启和关闭大脑活动。
通过放置在头皮上的电极进行神经刺激有很大的希望，但其直接效果很难研究，因为大脑的神经反应很容易被研究人员发送到大脑的数百万倍强的脉冲淹没。为了检测更微弱的大脑反应，科学家们必须在刺激前后分别监测脑电波和行为反应。新设备测量脑电波几乎同时实施刺激措施，可能会在两者之间建立更好的联系。
SLAC高级科学家克里斯托弗·肯尼说:“这种设备的工作原理类似于雷达，它会发出电磁波，并被动地监听较弱的反射波。”“在这里，我们通过脑电图监测系统的电极向头部发送电脉冲，在这些强脉冲之间的时间，我们使用相同的电极从头部内部接收更弱的电信号。”
刺激脑电波
我们的大脑是一个由数千亿神经元组成的复杂网络，任何干扰这个网络的东西，比如大脑发育异常或者中风，会导致严重的疾病，包括癫痫、抑郁、焦虑，视力损害慢性疼痛和瘫痪。
刺激脑组织可以改变神经元放电的方式，并帮助大脑形成神经连接。Norcia的研究重点是将该方法应用于视力障碍的病例，如弱视(弱视)和斜视(斗斜眼)，以及更好地理解像双眼竞争这样的现象，它描述了这样一个事实，即当同时呈现两个不同的图像时，我们一次只能意识到一个。
Norcia的小组开发了描述大脑视觉中心的电活动如何辐射到头皮的模型，在那里它可以被脑电图(EEG)捕捉和测量。他们还开发了交付模式电脉冲大脑中特定的位置，它们在那里改变大脑功能与视觉有关。
“我们的模型给了我们一个很好的想法，如何设计一个电极阵列，以达到头部内部的特定体积，”诺尔西亚说。“但我们也希望能够同时‘倾听’大脑的反应，以弄清楚施加的刺激是否有预期的效果。”
今天的临床脑电图系统不可能同时做到这一点，但由于与SLAC的合作，这种情况可能很快就会改变。
一种新型脑电图
为了寻找技术挑战的解决方案，诺尔西亚开始与肯尼(Kenney)和马丁·布莱登巴赫(Martin Breidenbach)交谈。肯尼专门为SLAC实验开发探测器，研究自然界最基本的物理过程，马丁·布莱登巴赫是SLAC和斯坦福大学的粒子物理学和天体物理学教授。
布雷登巴赫说:“在SLAC，我们正试图回答关于我们宇宙的一些真正重大的问题，而弄清楚人类思维是如何运作的似乎就在那里。”“我们当然有工程技能和资源来帮助解决神经科学领域的一些技术问题。凭借我们在高能物理学方面的背景，我们也习惯了多学科合作，并知道如何让它们发挥作用。”
在该项目获得斯坦福Bio-X资助大约一年后，该团队已经成功测试了脑电图系统的原型，该系统可以同时传递脑电刺激并测量大脑的持续活动。
为此，他们将传统脑电图监视器的电子板与另一个由9伏电池产生的电刺激板配对。然后他们成功地在自己身上测试了该设备。
走向医学治疗
在开始针对更大群体的研究之前，还需要做更多的工作。例如，该设备的未来版本将有更多的电极，并将对脉冲传递的方式提供更多的控制。
“现在，我们基本上可以打开和关闭刺激，并设置它们的强度和持续时间，”SLAC的电气工程师杰夫·奥尔森(Jeff Olsen)说。“在下一代，我们将能够对设备进行编程，这将让我们选择不同类型的信号形状，并将电信号与其他外部触发(如视觉刺激)同步。”
但摄制组的计划并不止于此。
“从长远来看，我们希望开发一种芯片设备，”肯尼说。这将使病人无论走到哪里都能得到神经刺激。
参与该项目的其他合作者包括斯坦福大学电气工程系主任Stephen Boyd和斯坦福大学精神病学和行为科学临床助理教授Nolan Williams。
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