新的脑刺激技术缓解疼痛和抑郁症

一个由aalto领导的团队正在开发新的经颅磁刺激(TMS)技术来治疗疼痛、抑郁和其他神经疾病。目的是更快更有效的治疗。

想象一下经历慢性疼痛或严重到任何药物都无法缓解的抑郁。

这种情况可能不常见，但确实存在。对于有幸得到专业帮助的患者，治疗通常包括不同疗法的组合。其中之一是经颅磁刺激（TMS）。

有一个想法电流脉冲到你脑是一个令人不安的过程，但整个过程是完全无痛的。一个特殊设计的电磁线圈被放置在头部，从而在大脑中产生磁场脉冲，进而产生电场和特定的神经反应。病人只感到一种轻拍的感觉，就好像有人的手指在重复地触摸他们的头皮。 

一次TMS疗程持续15到30分钟，在此期间，患者接受1000到3000次刺激。根据治疗的情况，频率被调整来加速或减缓神经元的放电。 

“你的大脑是一个产生电流的信息处理系统，”阿尔托大学神经科学和生物医学工程系负责人里斯托·伊尔莫尼米教授说。“你的每一个想法，每一个行动，都会在你的大脑内部和周围产生一个磁场。它大约是地球磁场的十亿分之一。”

“如果我们可以从外部测量大脑的磁场，那么根据物理学的逆原理，我们也可以从外部影响大脑。”通过使用tms，我们可以非常精确地确定大脑的哪些区域参与了不同的功能，”Ilmoniemi说。

位置，方向和强度

经颅磁刺激技术始于20世纪80年代中期，当时Anthony Barker博士和他的团队在英国谢菲尔德市创造了世界上第一台经颅磁刺激设备。从那时起，这项技术已经在世界各地被用于治疗慢性疼痛、抑郁症和其他一些神经疾病。

在现有的技术下，经颅磁刺激定位是一个耗时的过程。患者首先需要做一个核磁共振扫描来绘制他们的大脑，并确定刺激的近似目标区域。然后，TMS操作员需要采用试错法，将单线圈TMS设备绕着患者头部移动，以找到治疗的最佳位置、方向和强度。这个过程需要重复，每次线圈移动到一个新的目标区域。

这些是阿尔托大学旨在通过ConnectToBrain项目解决的一些TMS挑战。在欧洲研究委员会1000万欧元的资助下，这个项目团队正在开发一种新的TMS设备和运行它所需的算法。

传统的TMS设备只有一个磁性线圈，而ConnectToBrain团队已经开发出一种具有多个线圈的设备，可以在给定的时间内刺激大脑的多个部分。新的TMS设备还包括一个脑电图(EEG)功能，这样大脑的电反应就可以实时测量。

大部分硬件和软件由阿尔托大学(Aalto University)开发，意大利基埃蒂-佩斯卡拉大学(University of Chieti-Pescara)开发信号处理和人工智能技术，德国Tübingen大学(University of Tübingen)研究临床应用。验证实验在赫尔辛基大学医院的BioMag实验室进行。

缓解老年痴呆症和中风患者

ConnectToBrain项目重点治疗的两种疾病是阿尔茨海默氏症和中风。通过设置算法来实时读取来自患者大脑的信号，这种新型刺激器可以快速调整电脉冲的位置、方向、强度和时间，从而更好地治疗这些疾病。 

Aalto大学的Aino Tervo博士研究生帮助开发了这项新技术，他说:“传统上，经颅刺激包括许多人工操作和操作员的决策。“但我们的新硬件可以快速地将电刺激从大脑的一个部分转移到另一个部分，而无需操作员进行任何手工操作。”我们还在开发算法，让计算机来做决定。”

“将脑电图与多轨迹磁刺激器结合在一起将有助于选择和刺激目标，”Tervo说。“我们可以根据脑电图自动调整参数，使用多轨迹装置，我们可以同时刺激两个不同的位置，或者间隔仅为一毫秒。如果我们只有一个线圈，这是不可能的。”

“这项工作开辟了全新的临床和研究领域，因为我们可以同时刺激大脑的更多领域，同时也运行得更快，”她说。

发现更多关于大脑的信息

Tervo与临床神经生理学家Selja Vaalto博士密切合作，后者专门治疗慢性疼痛患者。当其他治疗方法如药物治疗不能带来足够的缓解时，这些患者来到赫尔辛基大学医院的临床神经生理学部门。虽然TMS并不是对所有患者都有效，但Vaalto说有a级临床证据表明它对大约50%的病例有效。 

她说:“我们有一些患有复杂区域疼痛综合症的患者，这是一种很难治疗的神经性疼痛，而且可能有耐药性。”“这些患者最初每天来接受两周的经颅磁刺激治疗，如果它被证明有效，我们将转向每周一次的维持治疗，然后是每月一次。”

她说:“在治疗的日子里，我们会刺激那些我们知道与某些疾病有关的大脑区域。”“这会影响神经元之间的突触，增加受刺激区域的活动。”在某种意义上，我们是在鼓励神经元进行更多的交流。这导致了神经递质水平和内源性阿片类药物水平的变化。”

VAALTO预见到开发的新型TMS技术将有助于医生在大脑中更深，并为患有慢性疼痛，抑郁症和更多的患者带来额外的缓解。

她说:“例如中风患者，病变会损害大脑两个区域之间的神经束。”“有了这种新的多位点经颅磁刺激，如果我们能同时刺激两个区域，我们就能让通道工作得更强烈。直到现在这才成为可能。”

“类似地，抑郁症不仅仅与大脑皮质区发生的事情有关;还有起源于额叶区域的神经束指向大脑更深的基底区域，”她说。“这些区域在情绪反应中非常重要，有了这项新技术，我们将能更好地治疗它们。”

“我们正在做的工作真的为经颅磁刺激开辟了一个全新的篇章，”Vaalto说。“我们不仅能够治疗更多的患者——因为我们的工作速度更快——我们还将发现新的、更有效的方法来缓解那些需要这种治疗的人。”

---

---