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大脑植入物

引导图像©Dedmityay / Adob​​e Stock

毫无疑问,格雷格·提斯利为这次电话采访做的准备比我要多。

“我一遍又一遍地花了好几个小时写这些笔记,”提斯利说。他有一个开放的总结,影响分类,他管理它们的方式,所有的布局都是建筑学上的精确,所以他记得他想说什么。由于外伤,提斯利的大脑被切除了两个部分,他患有严重的失忆;他生活在一个我们几乎无法理解的短暂世界里。这就是为什么他一直兴奋地研究恢复活跃记忆的方法,包括植入大脑。

目前,Teasley的召回受到严重限制。“秒,”Teasley Chuckles。“这是秒,它已经消失了。”

在我们的采访结束后,提斯利可能无法告诉你我们谈了些什么。我们各自的笔记,我的录音,电子邮件的介绍和后勤细节;这是他能掌握的唯一证据,证明面谈是存在的。

他好几年没读过一本书了。他听的每首歌都是新的,或者是幽灵。他对数字的记忆最好;他一直都很好。他可能记得和你一起出去玩,但不记得你们聊了些什么。社交场合总会让人焦虑。周围人的善意幽默对他有所帮助,但他仍在与抑郁和焦虑作斗争。这种情况让他无法保住工作,而且上大学课程也很困难——尽管他的笔记肯定比其他人都好。全球定位系统是天赐之物。

我们各自的笔记,我的录音,电子邮件的介绍和后勤细节;这是他能掌握的唯一证据,证明面谈是存在的。

“人们真的很难理解我正在经历的一切,”提斯利说。

为了生活在这样一个幻影世界,Teasley转动Joan Didion,在手机上拍笔记和照片,因为一切都不会展开。他的彩色代码,选择他会一遍又一遍地写东西,会按字母排序,还会把数字和单词联系起来。有人告诉他,香味标记可能会有帮助,可以把他想记住的气味联系起来。对他和他周围的人来说,这都是一个挑战。

但他有希望。

脑植入物:用于记忆的除颤器

提斯利几乎不可能保留那些名字,除非它们能产生深远的影响。但丹·里祖托的名字在他的研究过程中一直伴随着他。

这是因为他与宾夕法尼亚大学的迈克·卡哈纳(Mike Kahana)合作的研究可能有一天会改变提斯利的生活。他们已经开发出一种可以改善记忆的大脑植入物。

这个概念非常简单,听起来就像科幻小说。大脑植入的算法可以判断用户何时记忆困难。当用户的内存功能正常时,设备什么也不做。但当它检测到病人在回忆记忆方面有困难时,植入物就会刺激大脑,给它定向的电刺激。把它想象成一个除颤器:当心脏正常跳动时,什么也不会发生。当心脏失灵时,一个电流震动会让它回到正常轨道。

当然,实际情况要复杂得多。大脑是一个神秘的黑匣子。我采访过的每个神经科学家和心理学家都有一个主题,那就是我们有多少是不知道的。更困难的是,研究人员开发自己的大脑植入物所需要的详细信息只能通过有创性测量得到。由于人们不太可能自愿在他们的头骨上钻孔而没有任何好处,像Rizzuto和Kahana或阅读弗吉尼亚理工学院的蒙图使用那些已经接受脑部植入的病人。

事实证明,理想的候选人是癫痫的人。癫痫患者的一部分接受植入物,该植入物涉及将一百或更多电极放入其脑中。这些神经植入物在后来癫痫发作期间保持关于电活动的标签。但研究人员意识到他们可以用来测量超过这一点。Rizzuto和Kahana在重复的记忆试验期间收集了在一名患者大脑中发生的电脑发生的数据。

关键的测量指标是大脑的高频活动(HFA)和低频活动(LFA)。HFA意味着更快的电脉冲;LFA的意思正好相反。

“在良好的记忆中看到的是那些高频振荡,HFA和低频振荡的降低的增加,”Rizzuto说。

这些数据由一个定制的机器学习算法来处理——对于人类来说,这些信息太多了,难以处理——最终结果是患者好坏记忆状态的个性化签名。

内存植入物是闭环系统,以大脑的存储状态实时库存,并且仅在需要时提供刺激。结果通过多项研究支持,显示内存性能增加18%。Rizzuto认为性能会变得更好;如,它们只与患者有限的时间,它们的电极放置取决于它们的癫痫治疗,而不是它最佳地提高记忆的位置。

当大脑植入物检测到病人在回忆记忆方面有困难时,它就会通过定向的电流刺激大脑。

现在,这项技术必须从实验室发展成能够安全有效地用于临床的设备,最终用于像Greg Teasly这样的患者身上。为了实现这一目标,里祖托和卡哈纳创立了Nia Therapeutics,该公司基于这条主线——费城以外的古老财富的聚居地。

你不能把他们留在医院里

记忆刺激器的闭环能力旨在确保细微差别。除了只刺激大脑的特定区域外,机器学习算法读取大脑状态的能力意味着它只在适当的时候触发。这是与开环系统相比较的,比如帕金森患者的深部脑刺激;一旦他们的刺激器被插入,它就会不断地燃烧。

尽管该系统存在细微差别,但设备却并非如此。病人必须呆在医院里,被挂在每天卷进来的设备架上,由从他们头骨伸出来的电线连接起来,就像医学上的美杜莎(Medusa)一样。

Rizzuto说:“当我们谈论到一个有创伤性脑损伤的病人,你不能让他们一直呆在医院里,旁边放着一堆设备。”

大脑植入物需要完全可植入、安全、有效地在医院外使用。就目前而言,像格雷格·提斯利这样的人将无法从里祖托和卡哈纳的研究中获益。

这是里祖托的下一个挑战。

转化医学:为遗忘者植入记忆

从实验室跳到诊所是一个挑战的努力。有完善的硬件和有效标准,以证明该新设备。携带任何手术的固有风险的程序,需要精简和造成安全性的脑手术。

Rizzuto说,NIA现在正在开发临床上的脑刺激器版本。当公司获得运行刺激算法所需的芯片组时,已经清除了一个主要障碍 - 这与来自Cortera神经技术的良好/坏的状态签名检测算法分开。并开发了第一个工程原型,1.5英寸达1.5英寸立方体。愿景是植入物进入大脑,加上一个小型装置,它将拥抱耳朵,并包含芯片组和设备的电池。

这是Nia临床可用的神经植入物的外观图。只有刺激器是通过手术植入大脑的;耳机将包含运行它的芯片组和电池。图片由Nia Therapeutics提供。

这是Nia临床可用的神经植入物的外观图。只有刺激器是通过手术植入大脑的;耳机将包含运行它的芯片组和电池。图片由Nia Therapeutics提供。

“它消除了植入医疗器械的1个风险,并且身体的电池酸,”Rizzuto说。刺激算法将通过无线天线与内存植入通信,同样的接种植入植入物使用。Rizzuto说,保持一切,但颅骨以外的刺激器也将易于升级。

NIA已经达到了FDA,开始为其临床试验奠定基础。第一个队列将是患者因中度至重度创伤性脑损伤而受损的患者。Rizzuto认为他们从开始人类试验中有两年。Rizzuto说,还有一些其他小组使用DBS处理TBI和Alzheimer的DBS,但没有像NIA一样使用闭环和目标系统。

目前的研究显示内存性能增加18%。Dan Rizzuto认为这会变得更好。

创伤性脑损伤患者可能只是一个开始。“我们相信这项技术可以用于治疗其他类型的记忆障碍,”Rizzuto说。“从轻度认知障碍,到有朝一日患上阿尔茨海默氏症。”他的野心超越了病态。“真正令人兴奋的长尾可能性是,有一天能够治疗健康衰老。”

毕竟,大多数人都会随着年龄的增长而遭受某种形式的记忆障碍。

“如果这就是它所做的话,我会穿整个头盔,”Teasley说。如果他和像他这样的人可以写少了一下;感到更自信地进入社会局面;能够持有一份工作,下降残疾,改变可能是深刻的。

Dan Rizzuto的名字现在和他一起贴着他。

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