开创性研究具有卓越准确性的非侵入性脑刺激
Surjo Soekadar 教授是柏林夏里特医学大学爱因斯坦临床神经技术教授，致力于脑刺激和脑机接口的先进技术领域。他和他的团队开发并测试了能够实现大脑和外部设备之间通信的系统。这些技术的应用包括让严重瘫痪的患者仅用意念控制外骨骼。尽管如此，这些系统已经达到了极限，位于头骨深处的大脑区域很难到达。现在，研究人员希望通过配备高分辨率传感器并使用高效刺激方法的新一代接口来改变这一现状。
脑机接口(BCIs)的工作原理是大脑本身产生的电场，可以通过头皮进行测量。脑机接口利用这些信息将大脑活动转化为信号来控制外部设备，例如假肢、机器人和外骨骼。这种方法可以让重度瘫痪的人能够活动或交流。还有“双向”脑机接口，可以提供有针对性的电刺激以促进大脑活动，从而模拟人控制假肢时的触摸感知。BCI 系统在神经康复等领域具有医学用途，可用于恢复患有最严重瘫痪的人的沟通或移动能力等目标。
扩大涉及 BCI 的治疗范围
Soekadar 的使命是改善神经和精神疾病患者的生活质量。五年来，他一直负责夏里特米特校区精神病学和神经科学系的翻译和神经技术研究部以及临床神经技术实验室。苏卡达尔很早就认识到脑机接口系统的治疗潜力。除了恢复感觉运动功能外，现在的目标是使用脑机接口来治疗精神疾病。苏卡达尔计划利用欧洲研究委员会提供的新资金来克服实现安全有效的非侵入性双向脑机接口道路上的重大障碍。
可以说，这些障碍中最大的障碍是人类头骨本身。当通过脑电图 (EEG) 等方法从骨骼外部测量大脑活动时，脑机接口的准确性迄今为止受到限制。但将电极或传感器植入头骨是一个费力且高风险的过程。苏卡达尔的团队正在寻找替代方案。他们目前正在测试量子传感器的使用，这是一种超精密传感器，可以测量头部表面的大脑活动，其精度明显高于脑电图和其他非侵入性方法。在柏林爱因斯坦基金会的支持下，并与德国国家计量研究所德国联邦物理技术研究所 (PTB) 和柏林工业大学 (TU Berlin) 合作，已经创建了这种量子 BCI 的原型版本。这些高科技传感器基于气态原子，充当磁场探针，对大脑产生的电信号做出响应。这些被称为光泵磁力计(OPM)。
全球首个非侵入性双向脑机接口
尽管神经技术取得了快速进步，但目前还没有基于非侵入性方法(即不需要任何手术干预的技术)的双向脑机接口。有两个原因。一是传感器所需的灵敏度，二是通过头骨到达大脑所需的刺激强度。该过程中产生的其他信号可能会产生干扰，从而无法可靠地测量和解释大脑信号，至少到目前为止是这样。“这正是我们想要解决的问题，”苏卡达尔解释道。“在 Charité，我们计划开发世界上第一个基于量子传感器和一种称为时间干扰磁刺激(简称 TIMS)的方法的双向脑机接口，这是一种高效的神经刺激形式。
TIMS，一种新颖的脑刺激方法，将在其中发挥关键作用。TIMS 基于相互增强或减弱的重叠磁场。Soekadar 的研究团队在之前的 ERC 启动资助下建立了工作原理，然后在 SPARK-BIH 创新计划的支持下构建了一个原型。现在，作为即将推出的 BNCI 2 ERC Consolidator Grant 项目的一部分，计划要求扩展原型并最终将其与量子 BCI 相结合。“这种组合将为研究和临床应用带来广泛的可能性，”Soekadar 说。例如，它应该能够根据某些大脑状态刺激大脑更深层区域的活动。
使用高分辨率量子传感器还应该能够达到以前只有侵入式方法才能达到的测量精度。“我们希望利用该系统来识别大脑中导致某些临床症状的活动模式。然后，作为第二步，我们计划通过闭环神经调节来针对这些症状，”Soekadar 解释道。由于该系统是一种非侵入性系统，因此将可广泛应用于临床，从而持久改善许多患者的生活质量。与此同时，随着研究人员向治疗性神经调节的先前未知领域迈进，还存在伦理挑战和网络安全方面的挑战。
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！