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DARPA神经技术新兴疗法项目取得新突破

时间:12-08 00:00 阅读:4780次 转载来源:战略前沿技术

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DARPA神经技术新兴疗法项目取得新突破

远望智库技术预警中心  敖锋

据DARPA网站11月30日报道,美国防高级研究计划局(DARPA)四年前启动“基于系统的神经技术新兴疗法”(Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapies, SUBNETS)项目,旨在理解和治疗大脑神经网络。项目通过记录和分析大脑的活动情况并给予近乎实时的神经刺激,以治疗和缓解大脑功能障碍。该项目的生理基础前提是,大脑的功能或者障碍都取决于分布式的神经网络系统,而不是模块化的大脑区域。DARPA的设想是通过观察正常大脑在神经网络系统中的活动状态,将之与不健康的大脑活动状态进行对比,从而发现能够反映出大脑状态异常变化的生理特征,进而开发出特殊的干预方式以将大脑保持在健康状态,将情绪维持在正常范围。

今年秋天,加州大学旧金山分校的研究者们连续发布了三个相关研究成果,向世人展示了他们取得的技术突破。该校是SUBNETS的两个主要研究机构之一,另一个主要研究机构是麻省综合医院。首先他们研发出了一套解码技术,对记录下的神经信号进行分析以预测情绪的变化。接下来他们发现了一个与抑郁情绪,尤其是不安人群的抑郁情绪相关的大脑子神经网络(子网)。而在最近,他们称其能够通过对眼窝前额皮质进行开环的神经刺激,来调节与抑郁相关的大脑子网从而缓解中度和重度抑郁。这一连串的学术成果从今年9月至12月分别发表在Nature Biotechnology, Cell, 和Current Biology等重要刊物上。Justin Sanchez, DARPA生物技术办公室主任,负责对SUBNETS项目进行监督。谈到这项工作的初衷时,他说:“美国有数百万退伍官兵正饱受神经心理方面的疾病。对于他们来说,现有的治疗手段并不能给他们实质性的帮助。医疗工作者通过理论研究和访谈,试图了解他们所经历的这些心理疾病。但由于对这些疾病在大脑中活动状态的机制缺乏了解,这些疾病还难以被深入分析,其治疗效果和适用性也受到很多限制。患者不明白他们为什么会有心境障碍,也没有能力去纠正,这使患者极为痛苦。对于他们和他们的家庭,我们有责任提供更好的治疗方案。”

DARPA的计划是尝试先进的神经技术,针对不同患者的大脑状态提供更为有效、更个性化的治疗手段,以使患者神经活动维持在健康范围。其中一部分工作就是揭示神经心理疾病在大脑子网中的表现形式,从而帮助医生提出新的更有效的干预手段。“经过SUBNETS四年的努力,我们证明了DARPA的计划是可行的,并指明了一条能够针对患者特殊需求的闭环治疗方案,”Sanchez说。

在今年9月出版的第一篇论文中,南加州大学的研究团队与加州大学旧金山分校的研究团队一起招募了一些癫痫症志愿者,并从他们那里获得数据。这些癫痫症患者的颅内已经被植入了颅内电极以进行癫痫突然发作的临床监控。简单来说,“在实验期间,研究人员对受试的颅内电极发出的大脑信号进行大范围的记录,同时间断性地请受试填写调查问卷,反映出其心境状态。通过将大脑信号与受试自我报告当中提到的心境状态进行匹配,研究者们发现了不同心境状态所体现出的大脑信号模式。这就完成了对特定心境的解码。此后,研究者又利用这个解码技术对其他大脑信号进行分析,以预测受试的心境状态。”

十一月初,加州大学旧金山分校的研究团队在对众多受试的数据进行对比之后,发现了与低落情绪,尤其是不安人群低落情绪有关的大脑活动模式。他们发现这些低落情绪与海马体和杏仁体当中的神经活动密切相关。这两个区域是大脑中与记忆和负面情绪相关的部分。不过,这种相关关系在八位没有焦虑症的患者身上没有出现,这表明具有焦虑症的患者与其他人群在大脑对情绪的处理上是不同的。

最近的一份研究中,加州大学旧金山分校的研究团队成功尝试了对眼窝前额皮质进行开环刺激以缓解抑郁。前人研究都没有将眼窝前额皮质作为刺激的对象。发表在Current Biology的论文当中,研究者们解释了他们选择眼窝前额皮质作为研究对象的原因和研究步骤。研究发现,对中度和重度抑郁症患者的眼窝前额皮质进行侧面刺激,可以快速缓解心境障碍,而且并不会引发躁狂。对眼窝前额皮质的刺激之所以能够产生效果,是因为能够调节与情绪处理相关的大脑神经网络。然而,对大脑其他区域的刺激却不能得到如此积极和可靠的结果。对眼窝前额皮质的刺激治疗只对于患有抑郁症的受试有效,对于没有抑郁症的受试者则没有效果。这些研究结果表明,对眼窝前额皮质进行侧面刺激,可以纠正或压制大脑神经网络的病理性活动从而缓解心境异常,将大脑活动恢复到正常心境的活动状态。

上述研究可以为SUBNETS项目提供关键的研究技术支持来发现与心境异常相关的大脑活动状态,并使用这些信息对神经心理疾病患者的大脑进行精确的治疗性刺激。

Sanchez希望SUBNETS的研究成果能够引起政府部门或其他白宫大脑研究计划合作部门以及商业企业的进一步投资和成果转化兴趣。与此同时,DARPA还会与美国食品药品监督局合作推进SUBNETS技术的成果化立法监督。

“DARPA推进SUBNETS项目是因为深信深度大脑刺激能够治疗神经心理疾病,但目前的刺激治疗效果还需要进一步证实。目前我们所资助的研究已经发现了心理疾病在大脑中的体现、大脑子网相互之间的联络方式,并揭示了获得最佳治疗效果的刺激时间和刺激地点。这些研究成果,不仅有助于将心理治疗的研究扩大到焦虑和抑郁症之外。更为重要的是,我们能够从中看到商业转化的契机,从而使这些技术能够最终确实改善退伍官兵的生活。”

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