新的大脑刺激技术来缓解疼痛和抑郁症

由AALTO领导的团队正在开发新的经颅磁刺激（TMS）技术，以治疗疼痛，抑郁和其他神经系统疾病。目的是更快，更有效的治疗方法。

想象一下，经历慢性疼痛或抑郁症如此严重，以至于没有药物会带来缓解。

这样的条件可能并不常见，但确实存在。对于足够幸运的患者获得专业帮助，治疗通常涉及不同疗法的组合。其中之一是经颅磁刺激（TMS）。

有一个电流脉动进入你的脑是一个令人不安的，但该过程完全没有痛苦。将特殊设计的电磁线圈放在头上，以诱导大脑中的磁场脉冲，从而产生电场和特定的神经反应。患者的所有感觉都是轻拍的感觉，好像有人的手指在反复触摸他们的头皮一样。 

TMS会话持续15至30分钟，在此期间，患者接受了1,000至3,000个刺激。根据正在处理的状况，调整频率以加快或减慢神经元的发射。 

阿尔托大学神经科学与生物医学工程系负责人Risto Ilmoniemi教授说：“您的大脑是一种产生电流的信息处理系统。”“您拥有的每一个想法，并且您执行的每一个动作都会在大脑和大脑周围产生一个磁场。这大约是地球领域的十亿分之一。”

“如果我们可以从外部测量大脑的磁场，那么物理的逆原理也意味着我们也可以从外部影响大脑。这是我们可以通过使用TMS来精确地确定大脑的哪个区域参与了各种功能。”伊尔蒙尼说。

位置，方向和强度

自1980年代中期以来，经颅磁刺激就已经存在，当时安东尼·巴克（Anthony Barker）和他的团队在英国谢菲尔德（Sheffield）创建了世界上第一个TMS设备。从那时起，该技术已在世界各地使用，以治疗慢性疼痛，抑郁和其他几种神经系统疾病。

借助当今的技术，TMS定位是一项耗时的执行程序。患者首先需要进行MRI扫描以绘制大脑并确定刺激的近似目标区域。然后，TMS操作员需要采取试验方法，将单线圈TMS设备移动到患者头上，以找到最佳的位置，方向和治疗强度。每当线圈转移到新的目标区域时，都需要重复此过程。

这些是Aalto University旨在通过ConnectTobrain项目解决的一些TMS挑战。在欧洲研究委员会的1000万欧元赠款的支持下，该项目团队正在开发一种新型的TMS设备以及运行它所需的算法。

尽管传统的TMS设备只有一个磁管线圈，但ConnectTobrain团队已经开发了一个带有多个线圈的磁管，可以在给定时间刺激大脑的一个以上。新的TMS设备还包括脑电图（EEG）功能，因此可以实时测量大脑的电响应。

大部分硬件和软件是由Aalto University开发的，而意大利的Chieti-Pescara大学则开发了信号处理和人工智能技术，而德国的Tübingen大学则从事临床应用。验证实验发生在赫尔辛基大学医院的生物群实验室。

缓解阿尔茨海默氏症和中风患者

ConnectTobrain项目的两个条件都集中在治疗上，是阿尔茨海默氏症和中风。通过设置算法以实时阅读患者大脑的信号，新的刺激器可以快速调整电脉冲的位置，方向，强度和时机，以更好地治疗这些疾病。 

“传统上，经颅刺激包括操作员的许多手动程序和决策，”阿尔托大学的Aino Tervo说，他是一名有助于开发新技术的博士候选人Aino Tervo。“但是，我们的新硬件可以将电刺激从大脑的一个部分转移到另一部分，而无需操作员的任何手动工作。我们还开发了将决策留给计算机的算法。”

Tervo说：“将脑电图与多稳态磁刺激器结合在一起将有助于选择和刺激目标。”“我们可以根据脑电图自动调整参数，使用多级别设备，我们可以同时刺激两个不同的位置，或者只有一毫秒的间隔。如果我们只有一个线圈，则根本不可能。“

她说：“这项工作开辟了一个全新的临床和研究领域，因为我们可以同时刺激更多的大脑区域，同时运行速度也更快。”

发现更多有关大脑的信息

Tervo与临床神经生理学家Selja Vaalto博士紧密合作，他专门治疗患有慢性疼痛的患者。患者来到赫尔辛基大学医院的临床神经生理学系，当时其他疗法（例如药物）未能带来足够的缓解。虽然TMS并未为所有患者产生结果，但Vaalto说，有A级临床证据表明它在约50％的病例中起作用。 

她说：“我们患有复杂的区域疼痛综合征患者，这是一种非常困难的神经性疼痛，可能具有耐药性。”“这些患者最初每天进行两周的TMS治疗，如果证明这是有效的，我们将每周进行一次维护治疗，然后每月一次。”

她说：“在治疗日，我们刺激了我们所知道的与某些疾病有关的大脑区域。”“这会影响神经元之间的突触并增加刺激区域的活性。从某种意义上说，我们鼓励神经元进行更多的交流。这是神经递质水平的变化和内源性阿片类药物水平的变化而产生的。”

Vaalto预计，正在开发的新TMS技术将帮助医生在大脑中更深入地工作，并为患有慢性疼痛，抑郁症等的患者带来更多缓解。

她说：“例如，在中风患者中，病变会损害大脑两个区域之间的神经道。”“借助这种新的多洛克斯TMS，如果我们能一次刺激两个区域，我们可以使该区域更加强大。到目前为止，这是不可能的。”

她说：“同样，随着抑郁症，不仅仅是大脑皮质区域发生的事情；还有源自额叶区域的神经区域，这些神经区针对大脑的深层区域。”“这些领域在情感反应中非常重要，通过这种新技术，我们将能够更好地对待它们。”

Vaalto说：“我们正在做的工作实际上是在经颅磁刺激方面打开了一个全新的章节。”“我们不仅能够治疗更多的患者（我们可以更快地工作），还将发现新的，更有效的方法来减轻需要这种疗法的人。”

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