加州大学旧金山分校(UCSF)研究人员开发出一种新型深部脑刺激(DBS)技术，能够在患者行走过程中实时调整刺激参数，帮助改善帕金森病患者的步态并减少跌倒风险。
这项发表于6月15日《自然医学》(Nature Medicine)杂志的研究首次证明，植入式脑刺激器能够检测与每一步相关的神经信号，并在毫秒级时间内自动调整刺激强度。与心脏起搏器响应心律类似，该新型系统能够响应大脑的步行节律。
加州大学旧金山分校神经外科副教授、该研究资深作者王多丽斯(Doris D. Wang)医学博士、哲学博士表示："步态障碍是帕金森病最具致残性的症状之一，也是最难治疗的症状之一。行走是一种高度动态的行为，需要身体两侧精确的时间协调。我们开发的系统能够识别这些运动模式并实时响应，使刺激能够随着患者移动而协同工作。"
更智能的脑刺激技术
全球有超过1000万人患有帕金森病。虽然深部脑刺激能显著改善震颤、僵硬和行动迟缓，但许多患者仍面临步态障碍、步态冻结和跌倒等问题——这些症状是导致残疾和丧失独立生活能力的主要原因。
加州大学旧金山分校研究团队认为，标准DBS对步态改善效果有限的一个原因是步态本身不断变化。每一步都需要大脑、脊髓和肌肉之间快速协调。然而，传统的连续DBS无论患者在做什么，都提供固定模式的刺激。
为解决这一挑战，研究人员开发了一种个性化自适应DBS(aDBS)系统，该系统能够识别与左右腿运动相关的脑信号。这些信号直接嵌入植入式神经刺激器中，使设备能够在行走的每个阶段自动调整刺激，无需外部计算机。
该研究第一作者、加州大学旧金山分校博士后研究员肯尼斯·H·卢(Kenneth H. Louie)哲学博士表示："大脑包含关于运动的丰富信息。我们发现能够识别与每一步相关的神经特征，并利用它们实时指导刺激。"
从恒定治疗到响应式治疗
该研究招募了五名已接受DBS手术并参与加州大学旧金山分校研究项目的帕金森病患者。除了植入大脑深处的治疗性DBS电极外，参与者还在与运动相关的大脑区域放置了研究电极。这些设备共同使研究人员能够识别每位个体与行走相关的脑信号，然后将刺激器编程为实时自动调整治疗。
在实验室测试中，aDBS系统改善了步态对称性测量指标并减少了行走模式的变异性，这两者都是更稳定、更高效步态的标志。
随后，参与者在日常生活中完成了盲法、多日交叉研究。在自适应系统激活期间，参与者跌倒次数减少，同时保持对帕金森病症状的总体控制。未发生严重不良事件，患者对快速刺激调整耐受良好。
尽管需要更大规模的研究，但这些发现提供了初步证据，表明根据行为调整刺激时机可能比传统连续刺激带来更好的效果。
个性化神经调节的新前沿
这项工作代表了科学家对脑刺激疗法思考方式的转变。迄今为止开发的大多数aDBS系统都是对疾病状态的缓慢变化指标作出响应。而加州大学旧金山分校的方法则直接对行为本身作出响应。
王多丽斯表示："这项研究不仅仅关乎行走。它证明脑刺激可以实时适应一个人正在做的事情。这为未来能够动态响应运动、言语、情绪、认知和其他脑功能的疗法打开了大门。"
研究人员设想，未来的植入设备将不断感知和响应神经活动，仅在需要的时间和地点提供个性化治疗。
王多丽斯表示："这是迈向新一代脑疗法的重要一步。未来的设备可能不会全天提供相同的刺激，而是会持续监听大脑并立即响应患者需求。正如起搏器改变了心脏病的治疗方式，智能神经刺激器可能会改变我们治疗脑部疾病的方式。"
其他加州大学旧金山分校作者： 肯尼斯·H·卢(Kenneth H. Louie)哲学博士、詹宁·P·巴拉基德(Jannine P. Balakid)理学士、杰西卡·E·巴特(Jessica E. Bath)物理治疗博士、博士、宋成美(Seongmi Song)哲学博士、哈米德·费克里·阿兹戈米(Hamid Fekri Azgomi)哲学博士、雅各布·H·马克(Jacob H. Marks)文学士、菲利普·A·斯塔尔(Philip A. Starr)医学博士、哲学博士。
其他作者： 朱莉娅·T·蔡(Choi)哲学博士（佛罗里达大学，盖恩斯维尔）。
资金支持： 本研究得到了迈克尔·J·福克斯基金会(Michael J Fox Foundation)资助MNS135499A、加州大学旧金山分校伯勒斯·威康基金(Burroughs Wellcome Fund)医学科学家职业奖以及美国国家神经疾病和中风研究所(NIH/NINDS)1R01NS130183的支持。本研究还部分得到了加州大学旧金山分校催化剂基金(Catalyst Grants)的支持。上述所有资金均由D.D.W.获得。
披露声明： D.D.W.担任美敦力(Medtronic)、波士顿科学(Boston Scientific)和艾奥塔生物科学(Iota Bioscience)的顾问，并从波士顿科学获得研究支持。P.A.S.从美敦力和波士顿科学获得研究员教育培训支持。K.H.L.目前是Echo Neurotechnologies公司的雇员。此项工作是在其加入Echo Neurotechnologies之前完成的，Echo Neurotechnologies在研究设计、数据收集、分析或发表决定中未发挥作用。
关于加州大学旧金山分校医疗系统(UCSF Health)： 加州大学旧金山分校医疗系统因其创新的患者护理而享誉全球，反映了最新的医学知识、先进技术和开创性研究。它包括旗舰机构加州大学旧金山分校医疗中心(UCSF Medical Center)，该中心是排名靠前的医院，以及加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医院(Benioff Children's Hospitals)，在旧金山和奥克兰设有院区；两家社区医院，加州大学旧金山分校医疗系统斯坦尼安医院(UCSF Health Stanyan)和加州大学旧金山分校医疗系统海德医院(UCSF Health Hyde)；兰利·波特精神病医院(Langley Porter Psychiatric Hospital)；加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医师(UCSF Benioff Children's Physicians)；以及加州大学旧金山分校教员诊所(UCSF Faculty Practice)。这些医院作为加州大学旧金山分校的学术医疗中心，而加州大学旧金山分校因其研究生水平的健康科学教育和生物医学研究而闻名于世。加州大学旧金山分校医疗系统与整个旧金山湾区的医院和健康组织有合作关系。
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