旨在传递与人的情感和行为相协调的电脉冲的脑部植入设备，首次在人体上进行测试。由美国军方研究机构——国防高级研究计划局（DARPA）资助的两个团队，已经开始对闭环脑部植入设备进行初步试验，这些设备使用算法来检测与情绪障碍相关的模式。这些设备可以在没有医生干预的情况下，使大脑恢复到健康状态。
这项工作于去年11月在华盛顿特区举行的神经科学学会（SfN）会议上提出，最终可能为治疗抵抗当前疗法的严重精神疾病提供一种方法。它也引发了棘手的伦理问题，尤其是因为这项技术可能会让研究人员实时地访问一个人的内心感受。
通用方法——使用脑部植入设备传递改变神经活动的电脉冲——被称为深部脑刺激。它被用于治疗帕金森病等运动障碍，但在针对情绪障碍进行测试时效果较差。早期证据表明，持续刺激某些大脑区域可以缓解慢性抑郁症，但一项涉及90名抑郁症患者的大型研究发现，经过一年的治疗后，病情没有改善。
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DARPA资助项目的科学家们表示，他们的工作可能会在早期尝试失败的地方取得成功，因为他们专门设计了脑部植入设备来治疗精神疾病——并且仅在需要时才开启。“我们已经了解了很多关于我们当前技术的局限性，”加州大学旧金山分校的神经科学家爱德华·张说，他正在领导其中一个项目。
DARPA正在支持张的研究小组和马萨诸塞州总医院（MGH）的另一个研究小组，最终目标是治疗患有抑郁症和创伤后应激障碍的士兵和退伍军人。每个团队都希望创建一个植入电极系统，以跟踪大脑活动，同时刺激器官。
这些研究小组正在癫痫患者身上开发他们的技术，这些患者已经植入了电极以跟踪癫痫发作。研究人员可以使用这些电极来记录间歇性刺激大脑时发生的情况——而不是像旧的植入设备那样持续刺激。
情绪地图
在SfN会议上，南加州大学的电气工程师奥米德·萨尼与张的研究团队合作，展示了第一张关于情绪如何随时间在大脑中编码的地图。他和他的同事与六名植入电极的癫痫患者合作，在一到三周的时间里详细跟踪他们的大脑活动和情绪。通过比较这两种类型的信息，研究人员可以创建一个算法，从该人的大脑活动中解码其不断变化的情绪。出现了一些广泛的模式，特别是在以前与情绪相关的大脑区域。
萨尼说，张和他的团队已经准备好尽快在一个合适的志愿者身上测试他们新的单闭环系统。张补充说，该小组已经对人体进行了一些闭环刺激测试，但他拒绝提供细节，因为这项工作是初步的。
MGH团队正在采取不同的方法。他们不想检测特定的情绪或精神疾病，而是想绘制与多种疾病中存在的行为相关的大脑活动图——例如注意力不集中和缺乏同情心。在SfN会议上，他们报告了他们开发的算法的测试，该算法用于在一个人从设定的任务（例如匹配数字图像或识别面部表情）中分心时刺激大脑。
研究人员发现，向参与决策和情感的大脑区域传递电脉冲，显着提高了测试参与者的表现。该团队还绘制了当一个人因为健忘或分心而开始在设定的任务中失败或减速时发生的大脑活动，并发现他们能够通过刺激来逆转这种情况。他们现在开始测试使用特定的大脑活动模式作为触发器来自动刺激大脑的算法。
个性化治疗
贝勒医学院的精神病学家韦恩·古德曼希望，闭环刺激将被证明是一种比以前尝试的深部脑刺激更好的情绪障碍长期治疗方法——部分原因是最新一代算法更加个性化，并且基于生理信号，而不是医生的判断。“你必须进行大量的调整才能使其正确，”古德曼说，他即将启动一项小型闭环刺激试验，以治疗强迫症。
他说，刺激与情绪相关的大脑区域的一个挑战是，可能会过度纠正情绪，产生极端的幸福感，淹没所有其他感觉。其他伦理考虑因素来自于闭环刺激中使用的算法可以告诉研究人员关于这个人的情绪，超出行为或面部表情可能显示的内容。哈佛大学神经工程师兼精神病学家、MGH团队的工程主管阿里克·维奇说，虽然研究人员无法读取人们的想法，“我们将有权访问编码他们感受的活动”。与张和古德曼的团队一样，维奇的团队正在与神经伦理学家合作，解决围绕其工作的复杂伦理问题。
尽管如此，张说，他的团队和其他团队正在开发的刺激技术只是改善情绪障碍治疗的第一步。他预测，来自脑部植入设备试验的数据可以帮助研究人员开发非侵入性精神疾病疗法，通过颅骨刺激大脑。“这些技术令人兴奋的地方在于，”他说，“我们将首次拥有一个了解大脑的窗口，在那里我们知道当某人复发时大脑中发生了什么。”
本文经许可转载，首次发表于2017年11月22日。