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[问答] 血管内神经记录和刺激的现状和未来

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小精灵gemei 发表于 2021-12-15 23:26:50 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
---胡柯嘉、李楠
美国德克萨斯州休斯顿UTHealth McGovern医学院神经内科的James Z. Fan等通过文献复习，综述血管内神经记录和调控的历史、进展和在治疗神经系统疾病的应用状况。文章发表于2020年5月《Frontiers in Neuroscience》在线。
——摘自文章章节
【Ref: Fan JZ,et al. Front Neurosci. 2020 May 6;14:432. doi: 10.3389/fnins.2020.00432. eCollection 2020.】

研究背景
在过去的十年中，应用神经记录和调控技术治疗临床疾病急速发展。神经调控，作为原发性震颤和帕金森病的主要治疗方法，已扩展到治疗神经系统其它疾病和精神疾病。同时，原本用于脑血管疾病的血管内治疗方法，也正在成为输送刺激器到中枢神经系统和外周神经的微创技术，并已初步显示其安全性和有效性。美国德克萨斯州休斯顿UTHealth McGovern医学院神经内科的James Z. Fan等通过文献复习，综述血管内神经记录和调控的历史、进展和在治疗神经系统疾病的应用状况。文章发表于2020年5月《Frontiers in Neuroscience》在线。

研究结果
治疗神经疾病的神经记录和调控的现状：近年来，随着科学技术的发展，监测和调控大脑电活动的方法有实质性的改进。颅内脑电活动记录已广泛用于癫痫患者的诊断；在原先皮质网格和电极条记录的基础上，补充了高密度微电极阵列和立体定向脑电图（stereotactic electroencephalogram，SEEG）导联的内容。
这些技术提供无与伦比的空间精度和分辨率。此外，脑深部电刺激（deep brAIn stimulation，DBS）已是运动障碍性疾病（包括帕金森病的运动症状和特发性震颤）的主要疗法。经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）作为一种非侵入性工具，可以穿过完整的头皮向大脑皮质传递重复的高频波脉冲，用以治疗抑郁症、偏头痛和运动障碍；但这类疾病的标准化方案和疗效评估方法尚未确立。最近，迷走神经刺激（vagal nerve stimulation，VNS）技术，因可以通过相对较小的外科手术完成，所以应用热情高涨，已由FDA批准用于治疗抑郁和偏头痛（表1）。

血管内神经记录和刺激的现状和未来 第1张图片
Stentrode系统：Stentrode系统（Synchron，Inc）是迄今为止发展最成熟的血管内电活动记录和调控技术。该系统可以释放7 个以上电极的可扩张阵列，从而具有更好的空间分辨率及其自膨性。将电极固定在血管壁上，长期植入时可发放一致的信号。有研究者报告，放置190天血管内电极的动物实验中，在植入电极后6天Stentrode系统发生内皮化，并与血管壁结合；在整个植入期间出现稳定的最大宽度的记录带。在此期间，Stentrode的功率谱和记录宽带与硬膜外阵列相似，但略低于硬膜下阵列。空间分辨率取决于相对目标的阵列位置以及记录频率。信号的输送受到血管位置和走行的限制，因此如果在目标结构附近缺乏适当的血管仍然是一个难题。目前，该设备正在作为脑机接口进行测试，用于指导瘫痪患者肢体运动的意识控制。虽然前景良好，但血管内记录仍面临临床应用的挑战；信号质量、热噪声、运动和环境造成的电信号伪影是限制其应用的因素。在过去5年中，这项研究迅速进展。许多研究小组作出努力，提高记录和解码的准确性。
血管内调控刺激的发展和对未来的展望：Teplitzky等通过计算机模型检测DBS的17个靶点，并确定其中邻近5个靶点神经结构（包括穹窿和膝下扣带回白质束）的可采用的介入血管。Opie等在绵羊大脑运动皮质附近的上矢状窦中植入Stentrode系统，激活置于交叉沟静脉前的电极时，导致嘴唇、面部、下颌、颈部和肢体活动。该技术的关键问题仍然是选择调控刺激或者记录疾病状态的最佳靶点，以及血管内电极的设计。设计侵入性较小血管内电极，并实现长期治疗，可推动神经调控干预的发展。
在临床应用前，现有的血管内技术有几个方面需要改进。首先是如何给器械供电，与电池组进行有线连接？如同现有的DBS装置。但是，在动脉内的有线连接可损伤血管和形成血栓。为此，血管内电刺激器应该为无线能量输送和控制。之前，通过颈静脉的有线传输系统研究发现，重复的颈部运动可致使导线疲劳，而且增加感染机会。Aldaoud等研究植入深达30mm肌肉组织的器械功率传输的电感和电容耦合，发现近场无线功率传输方法的效率最高只有2.6%，显然深层植入显著地限制传输效率。采用磁电（Magnetoelectric，ME）材料是很好的替代方法。其通过薄膜中磁致伸缩层和压电层之间的机械耦合产生电压，与电感应相比，可以接受更小的较弱磁场植入物。Wickens等通过放置在丘脑底核的磁电刺激器，施加双相200Hz刺激，发现偏侧帕金森病大鼠行为显著改善。这种米粒大小的磁电刺激器，仅需要头部周围再佩戴相应的磁刺激线圈，就可发挥作用。未来的小型化磁电刺激器能够置入血管内，更灵活地发挥其导航作用。
其它设计问题，包括传输器械的小型化和传输能力的改善，使之达到成为永久性植入物的目标。此时，患者可能需要服用抗血栓药物。此外，血管内长期电刺激对血管完整性的影响及与动脉瘤形成或闭塞的相关性，有待于评价血管内皮经受长期刺激的组织学改变的结果。

结论
最后研究者总结，血管内神经电活动记录和刺激调控可能成为低风险的神经外科微创技术。目前，传输器械的安全性、供电和血管内皮长期耐久性等问题仍需要进一步研究。

血管内神经记录和刺激的现状和未来 第2张图片

血管内神经记录和刺激的现状和未来 第3张图片
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