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中國科學家研製出全球首款電池供電的可穿戴經顱磁刺激裝置
記者3月25日從中國科學院自動化研究所獲悉，該所腦網路組與腦機介面北京市重點實驗室近日成功研發出全球首款電池供電的可穿戴閾上重複經顱磁刺激裝置（rTMS），相關成果已發表在國際學術期刊《自然·通訊》上。
論文的共同第一作者、中國科學院自動化研究所副研究員戚自輝介紹，這台裝置重量小於3公斤，性能卻與商用大型裝置相當，為rTMS技術在家庭、社區及自由行動中的全場景應用提供了新可能。
“腦機介面技術將大腦與機器建立聯絡，實現腦與外部裝置的資訊交換，按照資訊流的方向可分為‘腦控’和‘控腦’兩類。”中國科學院自動化研究所研究員、腦網路組與腦機介面北京市重點實驗室主任蔣田仔說。
蔣田仔介紹，“腦控”實現了腦訊號解碼到外部裝置的資訊轉換，而“控腦”也叫神經調控，通過電、磁、聲、光、熱等手段，將物理能量寫入大腦來干預神經元的活動，實現機器到腦的資訊交換。相較於藥物治療，物理神經調控技術因其副作用小、靶向性好，是臨床腦疾病治療的利器。以深部腦刺激（DBS）為代表的有創神經調控技術已在治療帕金森病等領域取得進展。
然而，在無創神經調控中，由於人類進化形成的頭皮、顱骨、腦脊液、腦膜等多層顱腦結構，將腦組織層層保護，使得精確、有效的無創神經調控變得很困難，這始終是神經調控領域中一塊難啃的“硬骨頭”。
戚自輝介紹，1985年，英國謝菲爾德大學教授安東尼·巴克爾等人發明了經顱磁刺激技術（TMS），其利用時變磁場在腦內產生感應電流，實現對神經元的非侵入性調控，直接啟動神經元產生動作電位。作為一種閾上的無創神經調控手段，TMS與磁共振成像、正電子發射成像、腦磁圖並稱“腦科學四大技術”。
“傳統rTMS裝置的脈衝發放頻率很高，配套的電源和散熱設施使裝置重達數十公斤，極大限制其在臨床和科研中的應用。如何將rTMS裝置小型化，甚至是實現可穿戴，是技術難題。”戚自輝說。
戚自輝介紹，研究團隊通過輕量級磁芯線圈設計和高功率密度高壓脈衝驅動技術的突破，成功將裝置功耗、重量降至進口商用裝置的10%，且和現有傳統商業TMS裝置的刺激強度接近。試驗中，該裝置首次在自由行走過程實現了rTMS神經調控，揭示了中樞神經系統和不同肢體肌肉活動之間的動態相互作用。
論文的共同第一作者、中國科學院自動化研究所高級工程師劉浩表示，可穿戴rTMS裝置未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦訊號檢測技術結合，通過對腦訊號的即時解碼最佳化rTMS調控過程，形成可穿戴式閉環rTMS神經調控系統，提升現有rTMS的治療穩定性，讓閉環腦機介面從實驗室走向真實場景的大規模應用成為可能。
“可穿戴rTMS裝置的成功研發是神經精神疾病治療領域的一項突破，將為患者帶來更便捷、更有效的治療選擇，同時也為腦科學研究提供了新的工具。這項技術將會在腦健康和腦機介面領域發揮重要作用。”蔣田仔說。 (海外網)