科幻电影中的黑科技,脑洞之大和狂拽炫酷的程度都让人印象深刻。作为一种想象,这些未来科技在满足吃瓜群众们视觉享受的同时,也引领者着人类未来科技的发展方向。
2014年初,麻省理工学院McGovern研究所的大脑认知科学和生物工程教授Edward Boyden博士,和众多大神一起开了一场疯狂的头脑风暴。头脑风暴的主题就是探讨“人为刺激大脑神经元一切可能的方法”。
这群顶尖的科学家可能也是科幻电影看多了,一时间各种脑洞大开,讨论结果几乎涵盖了自然界各种形式的能量,比如电场、磁场、超声波、光波等,并且列了一个长长的清单!
不要以为科学家的头脑风暴,和你看爆米花电影一样,完了就完了。这群科学家还真的按照自己开的脑洞去尝试了!
2016年12月,Edward Boyden博士和麻省理工神经学家Li-Huei Tsai领导的研究小组在《Nature》上发表了一项超级颠覆的研究[1],并引起广泛关注。文章指出,利用特殊频率的LED灯,能够大大减少阿尔兹海默症小鼠大脑中的β淀粉样蛋白!
时隔半年之后,MIT的Edward S. Boyden博士、Li-Huei Tsai博士与贝斯以色列女执事医疗中心的科学家合作,再次将科幻级医疗黑科技带入现实。就在本月初,《Cell》杂志刊登了他们团队的又一项重大技术成果[2],通过两个外置电极发出的高频电流,在大脑深部特定位置产生的“干涉”,实现无创深脑电刺激,有效地激活神经元活动,甚至可以干预小鼠的行为反应!
关键是该技术完全无创!并且精准!而且有效!成本和便捷性更不用说!
其实近几十年来,通过物理手段刺激大脑神经元来修复神经功能障碍,已经吸引了众多科学家的广泛兴趣。也一直有研究人员尝试使用电流刺激大脑,进行治疗各种疾病、恢复和提升机体功能等。
我们知道神经元之间的通信其实就是一个个的电信号,并且该活动可以被外部电脉冲人工激发或中断[3]。电刺激疗法的理念就是人为地干预脑部的神经电路,从而恢复或改善由这些特定神经元控制的机体功能或行为,然而,想要做到这一点并非易事。
目前最先进和最精确的深脑电刺激(Deep Brain Stimulation)疗法,于1987年建立起来,是通过手术在大脑特定区域植入电极,从而达到治疗的目的。1997年FDA核准在帕金森病患者身上使用深脑电刺激治疗,并有证据证明该技术可以改善强迫症的症状[4],也有研究人员尝试使用来治疗其他疾病如抑郁症和癫痫[5]。但是,在非致命疾病的情况下为了放入电极而进行开颅手术,怎么看都不是一个明智的选择[6]。
需要植入电极的深部脑刺激疗法
当然也有非侵入性的技术,比如经颅磁刺激(TMS)[7]和经颅直流电刺激(tDCS)[8]。经颅磁刺激已经被FDA批准用于治疗抑郁症,但该技术难以作用于大脑深层区域。而经颅直流电刺激就是将电极置于头皮上,微弱的直流电会通过大脑。有一些研究人员、公司甚至个人爱好者也在尝试使用这种方法来治疗疾病和提高创造力、记忆力。但这种非侵入性方法缺乏特异性,效果同样仅仅是刺激了一些大脑表层的神经回路。
麻省理工的研究团队想要寻找一种既不需要做手术,又能干预大脑深部特定神经元的方法。万万没想到,这次他们利用高中生都知道的物理知识做到了!(并不比LED灯复杂多少啊)
由于神经元通常不响应高频电信号,但是会对低频电信号产生响应[3]。因此研究人员假设,如果他们向大脑深部靶向发射两个不同频率的高频电信号,那么这两个信号将能够顺利穿过大脑表层组织,当信号在目标处发生“干涉”时,高频信号被抵消,就会产生想要的低频电信号。
研究人员将这个现象称之为Temporal Interference(TI)。举例来看,加入放置于头皮之上的电极朝着大脑深部发射两个高频信号(一个2000Hz,另一个2010 Hz),当这两个高频信号在目标区域相互干扰时,就发生了类似于光波干涉的现象,产生一个10Hz的电流信号,而这个低频电流便可以驱动神经元的电活动。
重要的是,计算机模型和组织模型测试结果显示,通过调整电极的位置和发射电流的频率,研究人员可以轻松控制作用靶点的范围大小和位置。
理论上看起来没毛病,实验室的研究人员便开始在小鼠身上进行活体测试。在小鼠实验中,研究人员使用称为c-fos标记的检测技术记录神经元活动,结果显示,该技术可以精确刺激小区域内的大脑深部结构,比如海马体,并且不会对大脑皮层造成任何影响。
而当研究人员将刺激目标移动到大脑运动皮层时,电极发出的电信号引起了小鼠四肢、耳朵和胡须的抖动!
“结果表明,我们可以非常精确地瞄准大脑区域,不仅激活神经元电活动,而且能够引发行为反应。”论文的主要作者Tsai博士表示[9],“我认为这是非常令人兴奋的,因为帕金森病和其他运动障碍似乎源自一个非常特定的大脑区域,如果我们瞄准了这个区域,那么就有希望扭转它。”
研究人员最后还验证了该技术的安全性,TI刺激清醒的小鼠大脑并没有引起温度的增加、神经元或DNA的损伤,也没有引发机体的免疫反应。
Boyden坦言,与植入电极相比,目前该技术靶向的大脑区域还不够精确。“但是我想我们可以利用数学和工程学知识来进一步改进。” Boyden和他的团队计划改进电极配置,包括电极数量和电流频率,而且他们已经开始规划在人类志愿者身上进行测试。
没有参与该研究的牛津大学神经外科教授Tipu Aziz表示,“我看到了在未来,这种技术可能作为非侵入性深部脑刺激的一种便携式疗法,治疗更多的病症。”
论文第一作者Nir Grossman博士说, “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。”
可以想象,随着医疗技术的不断发展和成熟,也许会有更多像《星际迷航》医疗官Bones手中的各种黑科技会出现在现实生活中。
参考资料:
[1]Iaccarino HF, Singer AC, Martorell AJ, Rudenko A, Gao F, et al. 2016. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature 540:230-5
[2] Grossman N, Bono D, Dedic N, et al. Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electric Fields[J]. Cell, 2017, 169(6): 1029-1041. e16.
[3]Hutcheon B, Yarom Y. Resonance, oscillation and the intrinsic frequency preferences of neurons[J]. Trends in neurosciences, 2000, 23(5): 216-222.
[4] De Hemptinne C, Swann N C, Ostrem J L, et al. Therapeutic deep brain stimulation reduces cortical phase-amplitude coupling in Parkinson's disease[J]. Nature neuroscience, 2015, 18(5): 779-786.
[5] Riva-Posse P, Choi K S, Holtzheimer P E, et al. A connectomic approach for subcallosal cingulate deep brain stimulation surgery: prospective targeting in treatment-resistant depression[J]. Molecular Psychiatry, 2017.
[6] Ezzyat Y, Kragel J E, Burke J F, et al. Direct brain stimulation modulates encoding states and memory performance in humans[J]. Current Biology, 2017, 27(9): 1251-1258.
[7] Merrill D R, Bikson M, Jefferys J G R. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols[J]. Journal of neuroscience methods, 2005, 141(2): 171-198.
[8] Allman C, Amadi U, Winkler A M, et al. Ipsilesional anodal tDCS enhances the functional benefits of rehabilitation in patients after stroke[J]. Science translational medicine, 2016, 8(330): 330re1-330re1.
[9] https://www.media.mit.edu/posts/a-noninvasive-method-for-deep-brain-stimulation/
来源:奇点网 作者:王新凯
为你推荐
资讯 国家药监局批准3款创新医疗器械上市
近日,国家药品监督管理局批准了河南赛美视生物科技有限公司的“三焦点环曲面人工晶状体”和深圳北芯医疗科技有限公司的“心脏脉冲电场消融仪”、“一次性使用心脏脉冲电场消融...
2026-08-05 16:47
资讯 80亿美元,全球两家核药公司合并
美东时间8月3日,Curium Pharma宣布与Lantheus Holdings, Inc 达成最终合并协议。Curium将以每股102 5美元现金收购Lantheus全部流通股,基础对价70亿美元,若2030年前达成...
2026-08-05 13:51
资讯 章科:坚持为人民出政绩 推动医疗保障事业高质量发展
医疗保障制度依法保障每一位参保群众的医保权益,有力提高全社会医疗服务的可及性,有助于增进民生福祉、缩小贫富差距,促进社会公平和共同富裕。
2026-08-05 10:48
资讯 康宁杰瑞与PathosAI达成22亿美元ADC授权协议,1.25亿美元首付款
8月4日,康宁杰瑞生物制药宣布其全资子公司江苏康宁杰瑞生物制药有限公司与美国临床阶段生物技术公司Pathos AI就TROP2 HER3双特异性抗体偶联药物JSKN016达成独家授权许可协议。
2026-08-04 22:14
资讯 剂泰科技与恒瑞医药达成AI制剂合作
8月3日,剂泰科技发布自愿公告,宣布自主研发的AiTEM人工智能制剂创新平台将在恒瑞医药进行本地化部署,加速药物制剂配方开发效率。
2026-08-04 13:01
资讯 东阳光药甘精胰岛素首批115.2万支发货美国
近日,东阳光药发布公告,首批甘精胰岛素注射液(商品名:Langlara)已于7月27日自湖北宜都生产基地分批启运美国,预计8月中下旬完成全部发货。首批计划发货115 2万支。
2026-08-04 11:37
资讯 维利信LBL-024用于转移性结直肠癌获批IND
8月3日,维立志博发布公告,公司自主研发的PD-L1 4-1BB双特异性抗体维利信(LBL-024)联合用药治疗转移性结直肠癌(mCRC)的开放、多中心Ib II期临床试验申请已获得国家药品监...
2026-08-04 10:22
资讯 药明康德半年业绩超预期,大幅上调全年业绩指引
预计2026年公司整体收入由人民币513-530亿元上调至人民币585-605亿元,上调幅度约14%,持续经营业务收入同比增速由18%-22%上调至35%-39%。药明康德计划向全体股东每10股派发现金红利5 1元(含税)。
2026-08-03 20:46
资讯 国家医保局召开全国深化医保基金管理突出问题专项整治工作中期推进会
7月31日,国家医保局会同最高人民法院、最高人民检察院、公安部、财政部、国家卫生健康委、税务总局、市场监管总局、国家中医药局、国家药监局,10部门联合召开全国深化医保基金...
2026-08-03 10:40
资讯 第12批国采,哪家企业中选品种最多?
本次集采65个品种全部采购成功,全国共4 5万家医药机构报量,327家企业的521个产品获得拟中选资格,覆盖抗感染、抗肿瘤、抗血栓、降血糖、降血压、降血脂、风湿免疫、消炎镇痛...
2026-08-02 19:58
资讯 雷海潮:推动健康中国建设取得决定性进展
健康中国建设是一项系统工程,涉及面广,必须充分发挥党总揽全局、协调各方的领导核心作用。
文/雷海潮 国家卫生健康委员会党组书记、主任 2026-08-01 22:28
资讯 华恒生物实控人被批准逮捕
8月1日,华恒生物发布《关于重大事项进展的公告》,公司于2026年7月31日收到公司实际控制人郭恒华家属通知,郭恒华因涉嫌非法吸收公众存款罪被检察机关批准逮捕。
2026-08-01 17:47









