从古埃及人用电力鱼治疗头痛到1950年代发明用于调节心律的起搏器，生物电子医学这一利用电信号而非药物进行疾病诊断和治疗的领域已经取得了显著进展，并开始崭露头角。目前，该领域处于什么阶段？哪些是最有前途的新疗法和诊断方法？
加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）高通研究所（Qualcomm Institute）和麻醉学系、退伍军人事务部压力与心理健康卓越中心（VA Center of Excellence for Stress and Mental Health）负责人伊曼纽尔·勒曼（Imanuel Lerman）领导的新研究提供了一些答案。
“这篇论文旨在为生物医学领域的未来绘制路线图，”勒曼说。“我们树立了一个标杆，并阐述了我们的计划。这就是为什么文中引用了180篇参考文献的原因。我们希望确保每个人都能找到他们所需的资源，以便深入理解和阅读。”
这项研究发表在同行评审期刊《生物电子医学》上，由Convergent Research委托进行。Convergent Research是一家非营利组织，致力于解决那些可能因当前资助机制的局限而被忽视的重点、高影响力、多实体项目的需求。
充满希望的世界
除了越来越复杂的起搏器外，生物电子医学已经在现代医学中占有一席之地。经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的植入式设备已应用于帕金森病（通过深部脑刺激）、背痛和创伤相关的运动功能障碍（通过脊髓刺激）、癫痫、抑郁症、中风和偏头痛（通过刺激迷走神经，该神经帮助控制消化、心率、情绪和身体的炎症反应）等运动障碍的治疗。
最近的发展还包括非侵入性技术，即通过体外设备刺激神经系统。例如，经颅磁刺激于2008年获准用于治疗抑郁症。自那时以来，其适应症已扩展到包括偏头痛相关疼痛、强迫症、戒烟和焦虑性抑郁。
勒曼及其同事看到了巨大的前景。
新论文强调了非侵入性生物电子技术的到来。这种方法不仅避免了手术相关的风险，还提供了一些与传统药物治疗相比的独特优势。
“非侵入性神经调控是一个新兴领域，我们认为有很大的机会，”勒曼说，他同时也是加州大学圣地亚哥分校健康系统的提供者。“这种设备不需要冷藏，不是药物，只需要电力或电池即可运行。它还可以利用人体自身的系统来抑制炎症。”
此外，将生物电子医疗设备与传感器结合可以创建自我调节的“闭环”系统，这些系统可以根据个体需求进行调整。不再依赖标准剂量的药物，生物电子设备可以真正提供个性化医疗，根据患者生物标志物的反馈连续调整剂量。
尽管要创建这样的闭环系统还需要大量工作，但勒曼及其同事认为这是一种可能改变医疗治疗方式的方法。
独特能力
即使超越这个框架，生物电子医学也可能引入革命性的新功能。
一个诱人的可能性是将生物电子医学作为诊断工具。先前的研究表明，随着时间的推移，身体对每种感染剂产生独特的反应。因此，这些“时间序列”模式可以准确预测致病因子，并可用于指导有效治疗。
“目标是建立一个病原体库，”勒曼说，“我们将能够识别每个病原体的特征，然后尝试用适当的神经调控量干预与该感染相关的炎症，使其感染程度减轻。”
疾病特征已在波形数据（如脑电图、呼吸图、体温）中得到证实，但勒曼及其同事建议，监测迷走神经和其他自主神经系统（非自愿神经系统）的活动可以为此努力提供关键信息。
另一个生物电子医学可能产生重大影响的领域是精神健康。最近的研究强调了炎症和免疫系统在许多精神健康状况中的关键作用。
“精神健康障碍——包括创伤后应激障碍、重度抑郁症和广泛性焦虑症——在本质上都与‘神经免疫轴’和炎症调节密切相关，”勒曼说。“迷走神经内的进一步病理过程已知会发生在某些神经炎症性疾病中，如长期新冠和某些类型的帕金森病。”
许多不同的病毒和/或病原体成分可以通过迷走神经从肠道传递到大脑，或者由于肠道炎症导致周围炎症，进而引发大脑问题。
勒曼认为，生物电子医学可以通过评估脑部炎症来衡量精神健康障碍的严重程度，并通过精确剂量进行治疗。自主神经成像（ANG）有望在临床试验中特别有用；它可以客观地分层精神健康严重程度，为临床试验提供精准医学措施，指导特定治疗。
与传感器结合，生物电子医学有可能根据患者的个体需求调整精神健康障碍治疗的剂量。
美国国防部高级研究计划局（DARPA）、国立卫生研究院（NIH）、生物高级研发与管理局（BARDA），以及科学技术政策办公室和其他资金和倡导来源的支持使生物电子医学发展到这一点，勒曼承认。
“前方还有很多工作要做，”他说，“但这些下一代系统为个性化和适应性治疗提供了新的途径。”
论文《下一代生物电子医学：为非侵入性闭环自主神经调控辩护》由勒曼、Yifeng Bu和InflammaSense的成员、Wolf Greenfield生物技术实践小组的Harold Silverman、SecondWave Systems Inc.的Anuj Bhardwaj、hVIVO Limited的Alex J. Mann、明尼苏达大学的Alik Widge、Convergent Research Inc.的Joseph Palin、伦斯勒理工学院的Christopher Puleo和SecondWave Systems Inc.及明尼苏达大学的Hubert Lim共同撰写。该论文可在 查看。
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