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早期研究中的植入式大脑装置可减轻疼痛

一项新的研究发现,计算机化的大脑植入物可有效缓解啮齿动物的短期和慢性疼痛。这些实验由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员进行,为开发大脑植入物以治疗疼痛综合征和其他基于大脑的疾病(如焦虑、抑郁和惊恐发作)提供了研究人员所说的“蓝图” 。

该研究于 6 月 21 日发表在《自然生物医学工程》杂志上,表明与设备关闭时相比,植入设备的老鼠因突然疼痛而缩回爪子的速度要慢 40%。

根据研究作者的说法,这表明该装置降低了啮齿动物所经历的疼痛强度。此外,突然或持续疼痛的动物在计算机控制设备打开的房间中比在没有打开的房间中多花费大约三分之二的时间。

研究人员表示,这项调查是首次使用计算机化的大脑植入物来实时检测和缓解阵痛。研究作者说,该设备也是第一个针对慢性疼痛的设备,这种疼痛通常在没有已知触发因素的情况下发生。

“我们的研究结果表明,这种植入物为疼痛治疗提供了一种有效的策略,即使在传统上难以确定或控制症状的情况下,”高级研究作者、医学博士、华伦天奴 DB Mazzia 医学博士 Jing Wang 说。纽约大学朗格健康学院麻醉学系 JD 副教授。

纽约大学朗格尼分校临床和转化研究副主席王说,据估计,慢性疼痛影响到美国四分之一的成年人,但到目前为止,安全可靠的治疗方法已被证明难以捉摸。特别是对于不断复发的疼痛,随着人们对治疗变得不敏感,目前的治疗方法(例如阿片类药物)通常会随着时间的推移而变得不那么有效。此外,阿片类药物等药物会激活大脑的奖励中心,从而产生可能导致成瘾的愉悦感。

王说,以前研究过的计算机化大脑植入物可以防止癫痫发作和控制假肢装置,可能会避免许多这些问题。该技术被称为闭环脑机接口,可检测前扣带皮层中的大脑活动,前扣带皮层是大脑中对疼痛处理至关重要的区域。连接到该设备的计算机会自动识别大脑中与疼痛密切相关的电模式。当检测到疼痛迹象时,计算机会触发对大脑的另一个区域前额叶皮层的治疗性刺激,以缓解疼痛。

Wang 说,由于该设备仅在出现疼痛时才被激活,因此可以降低过度使用的风险和产生耐受性的任何可能性。此外,由于植入物不会像阿片类药物那样提供止痛之外的奖励,因此成瘾的风险最小化。

作为研究的一部分,研究人员在数十只老鼠的大脑中安装了微型电极,然后让它们暴露在经过仔细测量的疼痛程度。密切监测动物远离疼痛源的速度。这使研究人员能够跟踪该设备正确识别前扣带皮层中基于疼痛的大脑活动的频率,以及它如何有效地减轻由此产生的感觉。

根据研究作者的说法,植入物在高达 80% 的时间内准确检测到疼痛。

“我们的研究结果表明,这种设备可以帮助研究人员更好地了解疼痛在大脑中的运作方式,”纽约大学朗格尼分校麻醉学、围手术期护理和疼痛系博士研究员、首席研究员张乔生博士说。“此外,它可能使我们能够找到其他神经精神疾病的非药物疗法,例如焦虑、抑郁和创伤后压力。”

张补充说,通过在前扣带回皮层以外的大脑其他区域安装电极,可以改善植入物的疼痛检测特性。然而,他警告说,该技术尚不适合用于人类,但表示正在计划研究具有适用于人类使用潜力的侵入性较小的形式。

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