莱斯大学的工程师们创造了有史以来在人体患者中演示的最小植入式大脑刺激器。这一突破性设备有可能改变抗药性抑郁症以及其他精神或神经疾病的治疗。得益于创新的磁电能量传输技术，这种豌豆大小的设备是在与Motif Neurotech以及临床医生Dr. Sameer Sheth和Dr. Sunil Sheth的合作下开发的，可以通过外部发射器进行无线供电。大脑可以通过硬膜进行刺激，硬膜是连接到颅底的保护膜。
这种创新设备被称为数字可编程超脑治疗器（DOT），有潜力改变抗药性抑郁症以及其他精神或神经疾病的治疗。它提供了一种治疗选择，允许患者相较于现有的基于神经刺激的疗法拥有更多的控制权和进入权。此外，它比其他大脑-计算机接口（BCIs）更具侵入性。
“我们的研究表明，我们的设备，其大小如同一颗豌豆，可以激活运动皮层，从而改善患者的状况。” 莱斯大学电子和计算机工程及生物工程教授Robinson解释道，这个新植入物可以放置在大脑的不同部分上，例如前额叶，有潜力改善患有抑郁症和其他疾病的个体的执行功能。目前的脑刺激技术需要将大电池植入皮肤下，并通过长电线连接到刺激设备，这导致更多的手术和个体面临更大的硬件植入负担，存在电线断裂或故障的风险，以及未来电池更换手术的必要性。
“我们通过使用外部发射器无线供电，消除了对电池的需求。”Robinson实验室的电气工程研究生Joshua Woods说，他是发表在《科学进展》上的研究的主要作者。Amanda Singer是莱斯大学应用物理项目的前研究生，现在在Motif Neurotech工作，也是共同作者。
该技术基于一种将磁场转化为电脉冲的材料。这一转化过程在小规模时效率非常高，并已被证明是一种有前景的解决方案。该设备具有良好的错位耐受性，这意味着它不需要精确的操作来激活和控制。宽度为9毫米的它可以提供14.5伏的刺激。
“我们的植入物通过磁电效应获取所有能量。”Motif的创始人兼首席执行官Robinson解释道，“这种能量传输背后的物理原理使其在这样的条件下比其他无线能量传输技术更高效。”
Motif是探索BCIs在转变神经病学病症治疗潜力的神经科技公司之一。“神经刺激在使心理健康状况的治疗成为可能方面起着关键作用，特别是在药物的副作用及其缺乏效果导致许多人没有足够的治疗选择时。”Robinson解释道。
该设备在一名人体患者中临时进行了测试，通过使用它刺激运动皮层——负责运动的大脑部分，并观察手部运动反应。研究人员随后演示了该设备可以在猪的大脑中持续与大脑接口30天。
“由于有效刺激所需的信号质量和强度，这在以前并没有尝试过。”Woods说，“以往，无法通过硬膜以无线能量传输方式接入这么小的植入物。”
Robinson设想这种技术能在家中使用。医生会开处方并提供使用设备的说明，但患者将完全控制治疗的使用。
“在家中，患者会佩戴一顶帽子或设备来为植入物供电和通信，按下iPhone或智能手表上的‘开始’按钮，植入物的电刺激就会激活大脑中的神经网络。”Robinson说。设备的植入将是一个快速且微创的30分钟程序，将设备放置在大脑上的骨头中。无论是植入物还是切口几乎都是不可见的，允许患者当天返回家中。Sheth是贝勒医学院的教授，他将这个过程与心脏护理中起搏器的常规性质进行了比较。他解释说，深脑刺激（DBS）在神经和精神疾病中的作用相当于尽管听起来令人畏惧和侵入性，但它仍然是一种相当安全的手术，而其感知风险将在愿意接受并可能从中受益的人数上设定一个非常低的上限。这就是这种技术的用武之地。一次30分钟的小手术，几乎只是皮肤手术，在门诊手术中心进行，更容易被接受，而不是DBS。因此，如果我们能证明它的效果与更具侵入性的替代方案相当，那么这种疗法可能会对心理健康产生更大的影响。“对于某些病症，例如癫痫，该设备可能需要永久或大部分时间开启，但对于抑郁症和强迫症等心理健康状况，短时间的每日刺激可能足以对特定神经网络的功能产生预期效果。
展望未来，Robinson对开发可以同时刺激和记录大脑活动的植入物网络表示浓厚兴趣，从而实现针对每个个体独特大脑模式的个性化治疗。在治疗方面，Motif Neurotech正在追求FDA批准，以进行涉及人类受试者的长期临床试验。研究人员可以加入Motif Neurotech网站，以接收有关这些试验开始和地点的更新。
这项工作得到了罗伯特和贾尼斯·麦克奈尔基金会、麦克奈尔医学研究所、DARPA和国家科学基金会的部分支持。
