磁刺激可以提供更精确、更可靠的神经回路激活

麻省总医院(MGH)的研究人员在大脑植入物背后的技术上取得了重大进步，用于激活负责视觉、听觉或运动的神经回路。研究人员也隶属于波士顿VA医疗保健系统，他们在12月9日的《美国医学杂志》上描述了他们开发的微型磁线圈能够选择性地激活目标神经元科学的进步．

“基于电极的神经刺激系统目前被用于恢复视觉和听力等感官;该研究的主要作者、麻省总医院神经外科的李承宇(Seung Woo Lee，音译)博士解释说:“它可以用于治疗帕金森病等神经疾病，也可以用于脑机接口，使瘫痪患者能够交流或移动物体。”“但是基于电极的神经刺激设备，尤其是那些以皮层为目标的设备，有几个显著的局限性。随着时间的推移，大脑内部的环境会侵蚀金属电极，大脑的自然异物反应会导致疤痕，这可能会阻碍电场的通过。”

用磁场而不是电场来刺激神经元有几个优点，包括穿透疤痕组织的能力。由于磁信号可以通过生物兼容的绝缘材料，神经组织和金属线圈之间的直接接触就被消除了，进一步减少了线圈损坏的可能性。但人们一直认为，足以激活神经元的磁场线圈太大，无法植入大脑皮层。Lee和MGH神经外科学的资深作者Shelley Fried博士与帕洛阿尔托研究中心的科学家合作开发了这种设备，利用了电流通过弯曲电线时会产生磁场的事实。他们设计的新型线圈虽然与用于大脑刺激的电极尺寸相似，但能够产生超过激活神经元所需阈值的磁场。

在小鼠脑组织样本中测试这些微线圈，发现它们不仅能够激活神经元，而且比金属电极更具选择性。当电场沿着神经细胞的长度定向时，最有效地激活神经元，但大多数可植入电极产生的电场在各个方向均匀扩散。相反，磁场向特定方向延伸，允许选择性地瞄准具有相同方向的神经元，同时避免激活其他神经元。避免通过神经纤维的激活的能力可以防止通常发生在电极上的激活的扩散，这可能导致，例如，对神经刺激产生的视觉图像的模糊视觉皮层．

麻省理工大学的研究小组继续证明，这些微线圈可以安全地植入麻醉小鼠的大脑。将线圈插入控制动物胡须的运动皮层部分，刺激会导致胡须运动，其方向取决于信号的频率。刺激线圈放置在胡须感觉皮层导致胡须收缩。这些实验证明，植入线圈可以用来驱动与目标神经元相关的反应。

哈佛医学院神经外科副教授弗里德说:“我们下一步将继续改进线圈的设计，以降低功率并提高选择性，以确认这些线圈的增强效果将随着时间的推移而持续下去，并确定刺激视觉皮层是否会引发视觉信号。”“这些微线圈的更稳定的长期性能，以及神经元激活的更高选择性所产生的高分辨率信号，将显著改善目前可用的神经假体，并开辟许多新的应用领域。”