腦機介面新突破，微型植入式裝置革新腦神經疾病治療

腦機介面技術（Brain-Computer Interface，BCI）是現時腦神經科學研究領域的熱門課題。其中一個主要應用是透過在大腦植入人工裝置，達致神經調節的效果。美國萊斯大學（Rice University）的研究人員和工程師近日在腦部植入物的研發上取得突破性進展。團隊開發出一款寬度僅為 9 毫米的植入式裝置（約一顆豌豆大小），並成功在人類和豬隻的腦部進行測試。

研究團隊由萊斯大學工程學院與神經科技公司 Motif Neurotech 的專家組成，另外有兩位分別來自貝勒醫學院（Baylor College of Medicine）和德州大學休士頓醫學中心（UTHealth Houston）的資深神經科醫師參與其中。成果於 4 月 12 日在期刊《科學進展》（Science Advances）中發表。新裝置名為「數位可編程腦上治療型微刺激器（Digitally-programmable Over-brain Therapeutic microstimulator，簡稱 DOT）」，既是歷來同類型裝置中體積最小的，也能無需電池無線供電，經由人類硬腦膜（dura mater）刺激大腦。團隊表示 DOT 不但有望為難治型憂鬱症或各種神經系統疾病的治療帶來突破，也可以讓植入過程更安全、侵入性更低，減少病人的疑慮和抗拒，令治療更易普及。

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創新微型植入式裝置，突破現有神經調節技術限制

神經調節（Neuromodulation）技術顧名思義就是向特定目標神經傳遞藥物或者發送電信號，從而調節或控制其運作。其中一種策略就是生物電子療法（Bioelectronic therapies），經由腦部植入物以電力刺激中樞或周邊神經系統，近年來這些植入式醫療器材的應用與日俱增，包括減輕疼痛、改善運動障礙、治療精神或神經系統疾病、以及幫助脊髓損傷病人復健等。

然而，現存提供腦深層電刺激（Deep Brain Stimulation）的植入式裝置體積相對較大，也需要另外在身體其他部位放入電池，並以電線連接到植入物來為其供電。這意味著植入過程需涉及較多且侵入性較高的手術（例如開顱手術），成本也會因而居高不下。在病人層面而言，大型植入物會為日常生活帶來不便，他們也需要面對電線斷裂或故障的風險，日後電池折舊也需要再次開刀更換。基於上述種種因素，即使既有神經調節裝置的成效已獲多項臨床研究證實，甚至醫生已告知病人有必要接受這種治療，大多數病人仍然視植入手術為畏途，令治療始終難以普及。

研究項目負責人，萊斯大學電機與電腦工程及生物工程學教授 Jacob Robinson 博士表示，DOT 具有兩大領先特徵。首先，裝置採用磁電式（Magnetoelectric）無線電力傳輸技術，可將磁場轉換為電脈衝。此外，DOT 的寬度僅為 9 毫米，雖然如此，裝置能提供的刺激電壓可達 14 伏特，產生相當於約 6.75 至 14.5 毫安培的電流刺激脈衝。憑藉這兩大優點，植入過程可以大幅簡化，病人無需住院，接受一個約 30 分鐘的微創手術後就可以即日回家休養。

論文第一作者，Robinson 教授實驗室的博士生 Joshua Woods 形容 DOT 的發明是前所未有的成就。一方面裝置採用體外傳輸器供電，不需額外植入電池和電線也能驅動刺激器。另一方面，他強調以往從未曾有團隊成功利用如此小型的植入物，以無線電力傳輸產生品質足夠好、強度足夠高的電脈衝信號，足以穿過硬腦膜刺激大腦皮質。

降低成本並減少風險，DOT 有助神經調節治療更趨普及

研究人員在人類受試者身上的短期測試發現，DOT 能有效刺激運動皮層（Motor cortex，大腦皮質中負責掌控自主運動的區域），令受試者產生手部運動反應。團隊也在豬隻中測試 DOT，結果顯示裝置植入後能在體內穩定運作，持續對豬隻大腦產生電脈衝刺激信號達 30 天。這些成果意味著日後醫生可以利用微創手術實現精準神經調控，有望讓生物電子療法更趨普及。貝勒醫學院神經外科教授 Sameer Sheth 博士指出，DOT 可以克服現存腦深層電刺激技術的限制，提供微創且風險較低的治療選項，長遠或能嘉惠更多需要有效神經調節療法的病人。

身兼 Motif Neurotech 創辦人兼執行長的 Robinson 教授表示，隨著神經調節程序簡化和裝置微型化，病人日後或只需遵照醫囑，安坐家中戴上穿戴式裝置，利用手機或智慧手錶就能輕鬆控制植入物，從而獲得所需的治療效果。再者，DOT 的潛在應用範圍相當廣泛，不論是需要刺激器長時間運作的狀況（例如治療癲癇症），還是每天只需使用幾分鐘就能見效的適應症（例如憂鬱症和強迫症），新裝置也能派上用場。

值得一提的是，Motif Neurotech 本身是經由萊斯大學的生醫加速器計畫（Rice University Biotech Launch Pad）衍生出來的。這家神經科技新創公司總部位於德州休士頓，目前正積極探索將腦機介面技術應用於神經系統疾病治療的潛力，DOT 刺激器正是其主要研發項目。Motif 在 2024 年 1 月完成超額認購的 A 輪融資，共募得 1,875 萬美元，為該公司提供開發 DOT 所需的關鍵資金。與此同時，Motif 正向 FDA 申請核准，以期早日開展長時間人體臨床試驗，進一步驗證 DOT 的治療效果和安全性。