加州大学旧金山分校研究人员开发出一种新型深部脑刺激技术,结合人工智能助力帕金森病患者的行走功能改善。
深部脑刺激(DBS)通过植入式设备向大脑特定区域发送电信号。研究团队借助人工智能开发出首套步态表现量化体系,并据此精细调节电脉冲参数以适配个体患者需求,从而在不加重其他症状的前提下实现行走功能的实质性提升。
主导该研究的医学博士多丽丝·王(加州大学旧金山分校神经外科副教授)与博士后研究员哈米德·费克里·阿兹戈米共同领导了这项获美国国立卫生研究院支持的项目。王博士详解了研究原理与临床意义:
深部脑刺激技术原理
DBS采用微创手术植入设备:在颅骨钻两个微孔,置入天使发细面般纤细柔韧的电极导线,经皮下通路连接至胸部的脉冲发生器(相当于大脑起搏器)。
帕金森病行走障碍的成因
该疾病因大脑基底神经节多巴胺神经元损伤,引发"帕金森步态":患者行走时拖步、转向需多次小步,左右步长不一致,部分患者甚至出现冻结步态,这些症状易导致跌倒。其根源在于脑电波模式异常阻碍运动调节能力,DBS通过修正该模式发挥作用。
传统治疗的局限
在帕金森主要症状中,步态障碍最难治疗。现有药物或常规高频DBS对严重步态障碍效果有限——虽然能改善震颤与运动迟缓,却无法有效解决行走问题。这促使团队探索针对步态的定制化刺激方案,通过调整DBS输出的时序与能量实现突破。
双维度研究策略
团队从临床与神经生理学双视角切入:
- 临床维度:量化优质步态特征,优化刺激参数对步态指标的影响
- 神经生理维度:解析步态优化刺激对脑活动的共性作用机制
步态表现指数开发
研究人员建立包含四项关键指标的步态表现指数:摆臂幅度、步速、步长变异性及步态对称性。这些指标可有效区分帕金森患者与健康人群。通过让患者在动态调整DBS参数时行走,同步采集神经数据与步态力学信息,确定个体化最佳参数。
人工智能的核心作用
机器学习算法基于采集数据预测最优DBS设置:部分患者需高频刺激,另一些则受益于低频刺激,证实步态优化参数存在个体差异。AI成功实现"一人一策"的精准调控。
神经生理学突破
研究揭示DBS对大脑皮层运动网络的调节机制,发现与行走功能改善直接关联的脑电波特征,为未来编程提供科学依据。
临床价值与未来展望
个性化刺激方案使患者获得更快速、稳定的步态改善且不加重其他症状。团队正研发闭环自适应DBS算法:患者行走时自动切换至步态优化模式,其他运动状态维持标准刺激。该技术有望显著缓解帕金森患者的步态障碍,提升行动能力并减少跌倒风险。
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