柔性腦機接口改善阿爾茨海默病認知功能方面取得新進展

2周前發(fā)布在 7X24h 資訊

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease, AD），俗稱老年癡呆，是一種以記憶衰退和認知功能進行性下降為特征的神經(jīng)退行性疾病。隨著人口老齡化，我國AD患者預(yù)計到2050年將超過3000萬例，給社會和家庭帶來沉重負擔(dān)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種病可能與大腦中一種叫“β-淀粉樣蛋白”的有害物質(zhì)堆積以及大腦中多巴胺系統(tǒng)的失調(diào)有關(guān)。但目前醫(yī)學(xué)界還沒有找到完全治愈的方法。現(xiàn)有的無創(chuàng)腦部電刺激治療雖然有一定效果，但存在兩個主要難題：一是難以精準(zhǔn)刺激到大腦深部的關(guān)鍵區(qū)域，二是無法實時監(jiān)測腦內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的變化；并且，目前缺乏能夠同時實現(xiàn)深腦精準(zhǔn)刺激和電-化學(xué)監(jiān)測的微型化器件。

對此，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院吳一戎、宋軼琳、蔡新霞團隊在微納傳感技術(shù)創(chuàng)新研究群體和前沿交叉研判戰(zhàn)略研究聯(lián)合等項目支持下，研發(fā)了一種雙模雙向柔性腦機接口神經(jīng)微電極NeuroRevive-FlexChip。該研究集成多巴胺實時監(jiān)測、神經(jīng)電活動記錄和原位電刺激功能，發(fā)現(xiàn)了40Hz微電流靶向刺激海馬區(qū)后，誘發(fā)AD小鼠海馬體神經(jīng)元多巴胺釋放和微觀神經(jīng)振蕩，改善AD小鼠認知功能。相關(guān)成果以“Integrated dopamine sensing and 40 Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models”為題，發(fā)表在Nature Communications?。

科研團隊研究發(fā)現(xiàn)，采用NeuroRevive-FlexChip進行40Hz電刺激，會誘發(fā)海馬體多巴胺水平短暫升高，并呈現(xiàn)刺激結(jié)束后多巴胺“回落-再上升”的短期重啟現(xiàn)象。在重啟期內(nèi)，神經(jīng)元放電模式從簇狀放電（burst firing），轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)性放電（tonic firing）。最終，經(jīng)過治療的AD小鼠在Y迷宮測試中的認知能力增強；微觀神經(jīng)分子與細胞分析也證實該干預(yù)可有效減少Aβ₄₂沉積，并誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞形態(tài)重塑。這一創(chuàng)新性技術(shù)實現(xiàn)了電生理-電化學(xué)雙模態(tài)檢測與神經(jīng)調(diào)控的器件集成，為AD的精準(zhǔn)干預(yù)和治療靶點尋找提供了技術(shù)平臺。

該技術(shù)有望突破現(xiàn)有AD治療中深部腦區(qū)靶向性不足與多模式檢測缺失的技術(shù)瓶頸，為阿爾茨海默癥等難治性神經(jīng)疾病精準(zhǔn)治療提供新型腦機接口技術(shù)手段，具有重要的科學(xué)意義和臨床價值。

論文鏈接：Integrated dopamine sensing and 40?Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models | Nature Communications