脑刺激的个性化医疗新领域

数百万患有抑郁症、成瘾和慢性疼痛等神经和精神疾病的患者具有治疗耐药性。事实上，大约30%的重度抑郁症患者对任何药物或心理治疗都没有反应。简单地说，许多传统的治疗这些疾病的方式可能已经达到了极限。我们将何去何从?

研究将发表在自然生物医学工程在南加州大学维特比工程学院的安德鲁和厄纳维特比电子和计算机工程早期职业生涯主席Maryam Shanechi的领导下，为一个有前途的替代方案铺平了道路:个性化的深度大脑刺激．这项工作代表着在实现一系列神经和神经疾病的新疗法方面迈出了重要的一步精神障碍．

到目前为止，个性化脑深部刺激的挑战一直是人类的大脑本身。精神障碍在每个病人的大脑中表现不同。同样，每个病人的大脑活动和他们的症状是否以及如何对刺激做出反应也可能非常不同。这使得人们很难了解刺激在特定病人身上的效果，也很难知道如何随着时间的推移改变刺激的剂量(即振幅或频率)，以适应病人的需要。

Shanechi和她的团队已经找到了一种方法来预测电刺激对个体大脑活动的影响大脑区域通过开发新的刺激波形和创建新的机器学习模型。他们与纽约大学神经科学教授Bijan Pesaran合作，在实际的大脑刺激实验中证明了该模型的成功。

为了实现这一目标，他们设计了两种工具:一种新型的电刺激波来绘制大脑活动;新的机器学习技术可以从刺激过程中收集的大脑数据中学习地图。Shanechi说:“我们的电波，它的振幅和频率随时间随机变化，使我们能够看到和预测大脑对大范围刺激剂量的反应。”就像万能钥匙可以打开任何一扇门一样，这种波可以应用到任何人的大脑中，并提供大脑对刺激反应的个性化地图。为了验证他们的假设，研究人员将电波应用于大脑的四个不同区域。在每一种情况下，他们第一次能够预测跨多个区域大脑活动的结果。

这意味着，医生可能很快就可以为患者量身定制一剂“剂量”脑深部电刺激根据具体情况和实时变化的振幅和频率。可以把它想象成增加或减少药片中的毫克数的大脑刺激版本。对于患有难治性抑郁症或焦虑症等精神障碍的人来说，这意味着巨大的影响。

Shanechi和她的团队之前已经开发了机器学习技术来从大脑活动中解码精神障碍的症状，比如情绪。现在，他们有了新的能力，可以更好地预测刺激如何影响个体的大脑活动，他们寻求将他们的发现结合到精神障碍的个性化疗法中。“通过把这两个盒子放在一起，我们希望建立一个闭环大脑-调节剂量的机器接口电刺激通过追踪症状来治疗实时基于大脑的活动并通过预测刺激的变化如何改变活动，从而改变这些症状，”Shanechi说。

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