脑机接口新突破，微型植入式装置革新脑神经疾病治疗

脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）是现时脑神经科学研究领域的热门课题。其中一个主要应用是透过在大脑植入人工装置，达致神经调节的效果。美国莱斯大学（Rice University）的研究人员和工程师近日在脑部植入物的研发上取得突破性进展。团队开发出一款宽度仅为 9 毫米的植入式装置（约一颗豌豆大小），并成功在人类和猪只的脑部进行测试。

研究团队由莱斯大学工程学院与神经科技公司 Motif Neurotech 的专家组成，另外有两位分别来自贝勒医学院（Baylor College of Medicine）和德州大学休士顿医学中心（UTHealth Houston）的资深神经科医师参与其中。成果于 4 月 12 日在期刊《科学进展》（Science Advances）中发表。新装置名为“数位可编程脑上治疗型微刺激器（Digitally-programmable Over-brain Therapeutic microstimulator，简称 DOT）”，既是历来同类型装置中体积最小的，也能无需电池无线供电，经由人类硬脑膜（dura mater）刺激大脑。团队表示 DOT 不但有望为难治型忧郁症或各种神经系统疾病的治疗带来突破，也可以让植入过程更安全、侵入性更低，减少病人的疑虑和抗拒，令治疗更易普及。

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创新微型植入式装置，突破现有神经调节技术限制

神经调节（Neuromodulation）技术顾名思义就是向特定目标神经传递药物或者发送电信号，从而调节或控制其运作。其中一种策略就是生物电子疗法（Bioelectronic therapies），经由脑部植入物以电力刺激中枢或周边神经系统，近年来这些植入式医疗器材的应用与日俱增，包括减轻疼痛、改善运动障碍、治疗精神或神经系统疾病、以及帮助脊髓损伤病人复健等。

然而，现存提供脑深层电刺激（Deep Brain Stimulation）的植入式装置体积相对较大，也需要另外在身体其他部位放入电池，并以电线连接到植入物来为其供电。这意味着植入过程需涉及较多且侵入性较高的手术（例如开颅手术），成本也会因而居高不下。在病人层面而言，大型植入物会为日常生活带来不便，他们也需要面对电线断裂或故障的风险，日后电池折旧也需要再次开刀更换。基于上述种种因素，即使既有神经调节装置的成效已获多项临床研究证实，甚至医生已告知病人有必要接受这种治疗，大多数病人仍然视植入手术为畏途，令治疗始终难以普及。

研究项目负责人，莱斯大学电机与电脑工程及生物工程学教授 Jacob Robinson 博士表示，DOT 具有两大领先特征。首先，装置采用磁电式（Magnetoelectric）无线电力传输技术，可将磁场转换为电脉冲。此外，DOT 的宽度仅为 9 毫米，虽然如此，装置能提供的刺激电压可达 14 伏特，产生相当于约 6.75 至 14.5 毫安培的电流刺激脉冲。凭借这两大优点，植入过程可以大幅简化，病人无需住院，接受一个约 30 分钟的微创手术后就可以即日回家休养。

论文第一作者，Robinson 教授实验室的博士生 Joshua Woods 形容 DOT 的发明是前所未有的成就。一方面装置采用体外传输器供电，不需额外植入电池和电线也能驱动刺激器。另一方面，他强调以往从未曾有团队成功利用如此小型的植入物，以无线电力传输产生品质足够好、强度足够高的电脉冲信号，足以穿过硬脑膜刺激大脑皮质。

降低成本并减少风险，DOT 有助神经调节治疗更趋普及

研究人员在人类受试者身上的短期测试发现，DOT 能有效刺激运动皮层（Motor cortex，大脑皮质中负责掌控自主运动的区域），令受试者产生手部运动反应。团队也在猪只中测试 DOT，结果显示装置植入后能在体内稳定运作，持续对猪只大脑产生电脉冲刺激信号达 30 天。这些成果意味着日后医生可以利用微创手术实现精准神经调控，有望让生物电子疗法更趋普及。贝勒医学院神经外科教授 Sameer Sheth 博士指出，DOT 可以克服现存脑深层电刺激技术的限制，提供微创且风险较低的治疗选项，长远或能嘉惠更多需要有效神经调节疗法的病人。

身兼 Motif Neurotech 创办人兼执行长的 Robinson 教授表示，随着神经调节程序简化和装置微型化，病人日后或只需遵照医嘱，安坐家中戴上穿戴式装置，利用手机或智慧手表就能轻松控制植入物，从而获得所需的治疗效果。再者，DOT 的潜在应用范围相当广泛，不论是需要刺激器长时间运作的状况（例如治疗癫痫症），还是每天只需使用几分钟就能见效的适应症（例如忧郁症和强迫症），新装置也能派上用场。

值得一提的是，Motif Neurotech 本身是经由莱斯大学的生医加速器计画（Rice University Biotech Launch Pad）衍生出来的。这家神经科技新创公司总部位于德州休士顿，目前正积极探索将脑机接口技术应用于神经系统疾病治疗的潜力，DOT 刺激器正是其主要研发项目。Motif 在 2024 年 1 月完成超额认购的 A 轮融资，共募得 1,875 万美元，为该公司提供开发 DOT 所需的关键资金。与此同时，Motif 正向 FDA 申请核准，以期早日开展长时间人体临床试验，进一步验证 DOT 的治疗效果和安全性。