运用脑活动反馈自动刺激技术治疗疾病

多年来，医生们一直在使用经颅磁脑刺激(TMS)来治疗慢性疼痛和抑郁症等脑部疾病，但这种治疗的成功在很大程度上依赖于操作手动设备的手。为了给更多的患者带来更好的生活质量，芬兰阿尔托大学领导的一个研究团队开发了一种方法，可以快速找到适合任何个体的最佳刺激。调查结果现已在网上公布脑刺激．

TMS通过发送工作磁脉冲用一个线圈固定在头上。这些重复的脉冲，感觉就像轻敲头部一样，可以改变神经元的交流方式——本质上是增强或减弱它们彼此交谈的效率。许多脑部疾病就像中风和抑郁症一样，都与大脑某些部分的过度或不足有关。

这种新方法利用了一种即时评估和调整的算法刺激在脑电图(EEG)的帮助下，它可以检测大脑中的电活动。研究人员演示了该方法如何根据测量的脑电图反应自动找到最佳刺激参数。

“我们基本上是在测量每次测试后大脑中立即发生的情况脉冲．根据大脑在最初几十毫秒(或千分之一秒)内的反应，我们的算法将实时调整下一个刺激脉冲的发出方式。由于我们可以快速找到最佳刺激方向，因此该方法具有提高经颅磁刺激治疗效果的真正潜力，”阿尔托大学的博士生、论文的联合第一作者Aino Tervo说。

目前，TMS操作人员需要手动为每个患者的大脑找到最佳的刺激位置和方向，这是一项通过训练和经验获得的技术，但结果不稳定，而且速度缓慢。例如，使用TMS，用户可以通过观察对患者手部运动或语言的即时影响来定位运动皮层或语言网络的区域，这对准备进行脑部手术的外科医生来说是一个至关重要的功能。为了瞄准大脑中的其他区域，比如那些与抑郁症相关的区域，操作人员依赖于对典型大脑中目标区域位置的共同理解——这是一个不可靠的，有时甚至是乏味的过程。

研究中详细的实验表明，计算机算法驱动的TMS-EEG反馈环路可以在1-2分钟内通过一组30-60个单独脉冲找到最佳刺激方向。相比之下，操作员自己解释信号可能需要10-20分钟;将脑电图反馈添加到混合中可能会延长人工评估的时间。

“我们最初认为最适合刺激的区域可能实际上并不是最好的。阿尔托大学教授Risto Ilmoniemi解释说，他领导了erc资助的ConnectToBrain项目，该项目由Tübingen大学和基埃蒂-佩斯卡拉大学的研究人员共同开展。

“该算法能够做的是计算我们在哪里可以获得最佳信息，以尽可能少的脉冲数为特定患者找到最佳刺激。将脉冲数量最小化可以使搜索更快、更舒适，”Ilmoniemi解释道。

这项研究中使用的原型不是一个单一的铜线圈来管理脉冲，而是有两个重叠的线圈，使方向调整成为可能。这是ConnectToBrain项目更大努力的第一步，该项目旨在开发一个能够在毫秒级时间间隔内刺激大脑任何部分或同时刺激多个区域的综合系统。

最新的原型设备有五个重叠的线圈，可以在特定的大脑区域调整位置和方向。最终，这些努力可能会导致即时跟踪经颅磁刺激治疗是否增加或减少神经活动的关键角落大脑．