EPFL研发出抑制症状、管理大脑疾病的神经芯片NeuralTree

EPFL研发出抑制症状、管理大脑疾病的神经芯片NeuralTree该系统拥有一个256通道的高分辨率传感阵列和一个高能效的机器学习处理器，使其能够有效地从真实的病人数据和疾病的体内动物模型中提取和分类各种各样的生物标志物。这导致了症状预测的高度准确性。"NeuralTree得益于神经网络的准确性和决策树算法的硬件效率，"Shoaran说。"这是我们第一次能够为二元分类任务（如癫痫或震颤检测）以及多类任务（如神经义肢应用的手指运动分类）整合如此复杂而又节能的神经接口。"他们的成果在2022年IEEE国际固态电路会议上发表，并发表在集成电路界的旗舰杂志《IEEE固态电路》上。效率、可扩展性和多功能性NeuralTree的功能是通过从脑电波中提取神经生物标志物--已知与某些神经系统疾病有关的电信号模式。然后，它对这些信号进行分类，并指出它们是否预示着即将到来的癫痫发作或帕金森症震颤，例如。如果检测到一个症状，一个神经刺激器--也位于芯片上--就会被激活，发送一个电脉冲来阻止它。Shoaran解释说，与最先进的技术相比，NeuralTree的独特设计使该系统具有空前的效率和多功能性。该芯片拥有256个输入通道，而以前的机器学习嵌入式设备只有32个，允许在植入物上处理更多高分辨率的数据。该芯片的面积效率设计意味着它也非常小（3.48mm2），使它有很大的潜力可以扩展到更多的通道。集成了"能量感知"学习算法--该算法对消耗大量能量的特征进行惩罚--也使NeuralTree高度节能。除了这些优势，该系统可以比其他设备检测更广泛的症状，到目前为止，这些设备主要集中在癫痫发作检测上。该芯片的机器学习算法在来自癫痫和帕金森病患者的数据集上进行了训练，并对这两类患者的预录神经信号进行了准确分类。Shoaran说："据我们所知，这是用片上分类器进行帕金森病震颤检测的首次演示。"自我更新的算法研究人员热衷于使神经接口更加智能，以实现更有效的疾病控制，现在他们已经在展望进一步的创新了。"最终，我们可以使用神经接口治疗许多不同的疾病，我们需要算法的想法和芯片设计的进步来实现这一目标。这项工作是非常跨学科的，因此也需要与软体生物电子接口实验室这样的实验室合作，该实验室可以开发出最先进的神经电极，或者可以获得高质量病人数据的实验室。"作为下一步，她对实现片上算法更新以跟上神经信号的演变感兴趣。"神经信号在变化，因此随着时间的推移，神经接口的性能会下降。我们一直在努力使算法更加准确和可靠，而做到这一点的一个方法是启用片上更新或能够自我更新的算法。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347077.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347077.htm

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能 可用于治疗精神疾病

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能可用于治疗精神疾病通常，超声波是通过发出弥散声波并记录反射声或回声来生成图像，从而检查身体内部结构的。然而，低强度经颅超声波刺激（TUS）可以同时针对大脑表层和深层区域，并具有极高的特异性，它将超声波压力置于大脑区域，从而改变神经元相互作用的方式。英国普利茅斯大学的研究人员领导了一项研究，以测试TUS对大脑功能的影响，结果发现它能产生显著的变化。他们招募了24名健康成年人，研究TUS如何影响γ-氨基丁酸（GABA）的水平和大脑区域之间的连接。GABA是大脑中主要的抑制性神经递质，它能降低神经元发送和接收化学信息的能力。具体来说，GABA会影响人体对焦虑、恐惧和压力感的反应。所有参与者都完成了三次Theta-burstTUS治疗，每次治疗后都要进行核磁共振成像，以评估大脑功能的变化。Theta-burstTUS是一种高频率短脉冲脑刺激，它密切模仿神经元活动的自然节奏。它被认为能促进可塑性，即大脑根据学习或经验形成和重组神经连接的能力。研究人员发现，TUS作用于大脑后扣带回皮层（PCC）--一个与情绪和记忆相关的大脑深层区域--会在治疗后一小时内降低该区域的GABA水平。他们还发现，PCC与大脑其他部分的交流方式（功能连通性）在这段时间内有所改善。在一系列精神疾病中，PCC都被发现存在异常。当将TUS应用于背侧前扣带回皮层（dACC）时--该区域与情感、移情、冲动控制和决策有关，与PCC一样，也与精神病理学有关--研究人员没有发现GABA水平出现同样的下降，但他们确实看到了功能连通性的提高。研究人员说，他们的研究结果表明，TUS对人类有效，能在大脑中产生可逆的变化。虽然还需要进一步研究，但他们表示，这是开发治疗精神健康状况的非侵入性手段的第一步。该研究的通讯作者艾尔莎-福拉格南（ElsaFouragnan）说："例如，如果服用治疗抑郁症的药物，药物将影响整个大脑，而临床医生对药物去向和作用的控制非常有限。我们已经知道，在某些情况下，大脑的特定区域（及其某些连接）会出现功能障碍，但其他区域却能很好地工作。这项研究为我们提供了真正的潜力，让我们可以考虑利用超声波对一系列心理健康问题患者进行更有针对性的干预。"研究人员已经在探索是否可以使用TUS来改变大脑的多巴胺能系统，多巴胺能系统是检测和解读食物、性和滥用药物等奖赏刺激的主要奖赏通路。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383331.htm

彻底改变大脑健康：莱斯大学发明微型植入式脑刺激器

彻底改变大脑健康：莱斯大学发明微型植入式脑刺激器莱斯大学的工程师们开发出了首个在人类患者身上起作用的微型脑刺激器。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学这种被称为"数字可编程过脑治疗器"（DOT）的设备可以为耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗带来革命性的变化，因为它提供了一种替代疗法，与目前基于神经刺激的疗法相比，它能为患者提供更大的自主性和可及性，与其他脑机接口（BCI）相比，它的侵入性更小。莱斯大学电气与计算机工程系和生物工程系教授罗宾逊说："在这篇论文中，我们展示了我们的设备，它只有豌豆大小，可以激活运动皮层，从而使患者移动他们的手。未来，我们可以将植入物放置在大脑的其他部位，比如前额叶皮层，我们希望它能改善抑郁症或其他疾病患者的执行功能"。现有的植入式脑刺激技术由相对较大的电池供电，这些电池需要放置在身体其他部位的皮下，并通过较长的导线与刺激装置相连。这种设计上的限制需要进行更多的手术，使患者承受更大的硬件植入负担、电线断裂或失效的风险，以及未来更换电池手术的需要。莱斯大学的雅各布-罗宾逊（JacobRobinson）和他的研究团队开发出了最小的植入式脑刺激器，并在人类患者身上进行了演示，这将彻底改变抗药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗方法。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学罗宾逊实验室的电气工程研究生、发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上的这项研究的第一作者约书亚-伍兹（JoshuaWoods）解释说："我们通过使用外部发射器为设备无线供电，消除了对电池的需求。"莱斯大学应用物理学专业的前研究生、现就职于MotifNeurotech公司的阿曼达-辛格（AmandaSinger）也是该研究的第一作者。该技术依赖于一种能将磁场转换为电脉冲的材料。这种转换过程在小范围内非常有效，并且具有良好的错位容差，这意味着它不需要复杂或微小的操作来激活和控制。该设备的宽度为9毫米，可提供14.5伏电压的刺激。罗宾逊说："我们的植入物通过这种磁电效应获得全部能量。"罗宾逊是Motif公司的创始人兼首席执行官，Motif公司是通过莱斯大学生物技术启动平台成立的一家初创公司，该公司正致力于将这种设备推向市场。Motif是几家神经技术公司之一，这些公司正在探索BCIs在彻底改变神经系统疾病治疗方法方面的潜力。罗宾逊说："神经刺激是实现精神健康领域疗法的关键，因为药物的副作用和缺乏疗效使许多人没有适当的治疗选择。"临床测试和未来方向研究人员在一名人类患者身上对该装置进行了临时测试，用它来刺激大脑运动皮层--大脑中负责运动的部分--并产生手部运动反应。接下来，他们在猪身上展示了该装置与大脑的稳定接口，持续时间为30天。伍兹说："这在以前是没有过的，因为要通过硬脑膜刺激大脑所需的信号质量和强度在以前是不可能的，这么小的植入物是不可能通过无线功率传输的。"罗宾逊设想在家中就能使用这项技术。医生会开出治疗处方，并提供设备使用指南，但患者仍可完全控制治疗方法："回到家中，病人戴上帽子或可穿戴设备，为植入物供电并与之通信，按下iPhone或智能手表上的'开始'按钮，然后植入物发出的电刺激将激活大脑内部的神经元网络。"植入手术需要进行30分钟的微创手术，将装置植入大脑上方的骨头中。植入物和切口几乎看不见，病人当天就可以回家。约书亚-伍兹（左起）、雅各布-罗宾逊和法蒂玛-阿尔拉什丹。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学贝勒医学院神经外科教授兼研究副主席、麦克奈尔奖学金获得者、卡伦基金会捐赠主席谢斯说："心脏起搏器是心脏护理中非常常规的一部分。在神经和精神疾病方面，与之相对应的是脑深部刺激（DBS），这听起来很可怕，而且是侵入性的。深部脑刺激实际上是一种相当安全的手术，但它仍然是脑外科手术，它的可感知风险会给愿意接受它并可能从中受益的人数设定一个很低的上限。这就是这种技术的用武之地。在门诊手术中心做一个30分钟的小手术，只不过是皮肤手术，比起DBS更容易被接受。因此，如果我们能证明它与更具侵入性的替代疗法一样有效，那么这种疗法很可能会对心理健康产生更大的影响。"但对于抑郁症和强迫症等疾病，每天只需几分钟的刺激就足以使目标神经元网络的功能发生预期的变化。关于下一步计划，罗宾逊说，在研究方面，他"真正感兴趣的是创建植入物网络，以及创建可以刺激和记录的植入物，这样它们就可以根据你自己的大脑特征提供自适应的个性化疗法"。从治疗开发的角度来看，MotifNeurotech公司正在寻求美国食品和药物管理局（FDA）的批准，以便在人体中进行长期临床试验。患者和护理人员可以登录MotifNeurotech网站，了解这些试验的开始时间和地点。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428255.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428255.htm

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种大鼠（红色）和小鼠（绿色）神经元的混合体在混合大脑中形成了环形气味处理中心什么是混合大脑？听起来像是科幻电影情节中的东西--或者是史蒂夫-马丁主演的80年代古怪喜剧--但它实际上是两个物种细胞的结合，发育成一个完整的功能性大脑。因此，杂交脑通过创建"合成"神经回路来恢复受损或退化大脑的功能，对于推动再生神经科学的发展非常重要。在哥伦比亚大学欧文医学中心研究人员领导的一项新研究中，大鼠干细胞在发育初期就被引入到小鼠细胞中，从而产生了利用整合的大鼠细胞嗅觉的小鼠大脑。哥伦比亚大学瓦格罗斯内外科医学院遗传学和发育学教授、该研究的共同通讯作者克里斯汀-鲍德温（KristinBaldwin）说："我们拥有漂亮的培养皿细胞模型和称为器官组织的三维培养物，它们都有各自的优点。但它们都无法让你确定细胞是否真正发挥了最高水平的功能。这项研究开始向我们展示，我们如何扩大大脑的灵活性，使其能够容纳来自人机界面或移植干细胞的其他类型的输入。"大鼠-小鼠嵌合体的制作示意图Throesch等人研究人员将大鼠胚胎干细胞植入小鼠胚泡（受精卵分裂而成的细胞团），然后将胚泡移植到代孕小鼠妈妈的子宫内发育。尽管在进化过程中存在差异（大鼠大脑发育较慢，体积较大），但研究人员观察到，大鼠细胞与小鼠神经元同步生长。在成熟的大鼠-小鼠或嵌合体中，大鼠细胞整合成整个小鼠大脑的神经回路，并与小鼠神经元形成活跃的连接。鲍德温说："几乎在整个小鼠大脑中都能看到大鼠细胞，这让我们相当惊讶。它告诉我们，插入的障碍很少，这表明许多种小鼠神经元都可以被类似的大鼠神经元取代。"接下来是测试大鼠细胞的功能能力，以及它们是否能取代受损的小鼠神经元。研究人员开发了小鼠模型，这些小鼠的嗅觉神经元（OSNs）在基因上有缺陷或被消融，即被破坏，而嗅觉神经元是检测和传递气味信息的神经元。他们发现，大鼠细胞拯救了小鼠大脑。鲍德温说："我们在每个小鼠笼子里都藏了一块饼干，结果非常惊讶地发现，它们能通过大鼠神经元找到饼干。"然而，与OSN被破坏的小鼠相比，OSN被基因沉默（即神经元存在，只是不工作）的小鼠找到饼干的成功率较低。这表明，增加替代神经元并非"即插即用"。如果想获得功能性替代神经元，可能需要清空闲置在那里的功能障碍神经元，这可能是某些神经退行性疾病的情况，也可能是自闭症和精神分裂症等神经发育障碍的情况。研究人员在研究中遇到的一个问题是，大鼠细胞随机分布在不同的小鼠体内，这阻碍了他们将研究扩展到其他神经系统。目前，他们正试图找到驱动插入细胞发育成特定细胞类型的方法，这可能会提供更高的精确度。扫清这一障碍将为创造具有灵长类神经元的混合大脑铺平道路，这将帮助我们更接近了解人类疾病。这项研究发表在《细胞》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428726.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428726.htm

AI算法能检测大脑缺陷，有助于治疗癫痫疾病

AI算法能检测大脑缺陷，有助于治疗癫痫疾病北京时间8月16日上午消息，据报道，目前，科学家最新研发一种AI算法，能够检测出癫痫患者早期症状，甚至包括经验丰富的资深医师可能忽略的症状。该AI算法能检测出患有一种罕见疾病的患者，准确率达到60%以上，相比之下，核磁共振成像未发现任何隐性症状。研究结果表明，AI算法在扫描中发现了538例FCD症状，其中包括112例放射科医师无法检测到的病例。这种罕见疾病是癫痫，据称，英国和美国居民癫痫发病率达1%，该疾病会导致患者大脑出现不受控制的脑电流爆发，从而引发痉挛抽搐。任何人都可能出现惊厥痉挛，但并不意味着他们必然都患有癫痫，通常癫痫患者确诊之前可能不止一次出现痉挛抽搐。当大脑突然脑电流爆发时，就会出现癫痫，导致大脑运行中断，部分患者癫痫发作时人们仍保持警觉状态，能够感知到周围环境，而部分患者癫痫发作时会完全失去意识，处于极度危险境地。有时癫痫患者会出现不同寻常的感觉、认知和活动，或者身体僵硬摔倒在地板上不断抽搐，在任何年龄时期，中风、脑感染、头部损伤或者出生时导致缺氧的问题都可能诱发癫痫，在超过50%以上的病例中，医师无法找到具体病因，相关治疗癫痫药物也无法完全治愈，但有助于停止或者减少癫痫发作，如果药物治疗仍无效，患者只能选择脑部手术。导致癫痫的一个诱因是耐药性局灶性脑皮质发育不良(FCD)，这是大脑的一种细微异常，会导致大脑信号传输失效。癫痫能通过手术进行治疗，但该疾病对大脑产生的变化非常微妙，即使是经验丰富的放射科医师进行核磁共振扫描时也可能忽略该疾病征兆。但基于英国伦敦大学学院研究团队研发的一种AI算法，可以检测到63%的FCD症状，这是之前医护人员很难检测到的，也是诱发癫痫发作的重要因素之一。研究人员称，他们的AI模型能为更多癫痫患者进行大脑手术，提供最佳治愈机会。据悉，在英国，大约有60万癫痫患者，但仅有20-30%的患者对药物没有反应。脑细胞或者神经元细胞，通常会形成有组织的细胞层，形成大脑皮层。对于FCD患者，其脑细胞是无序紊乱的，从而导致痉挛抽搐的风险更高。在接受手术控制病情的儿童癫痫患者中，FCD症状是最常见的病因，对于需要手术治疗的成年人群，FCD是第三大常见病因。然而，令医务人员棘手的是很难通过核磁共振扫描检测到FCD症状，在最新研究中，研究人员从22项全球癫痫疾病研究中收集了1000多张核磁共振扫描图像，一组放射科专家将扫描结果标记为健康或者FCD症状，之后运行AI算法检测扫描异常现象。这项AI算法涉及患者大脑30万个区域信息，该研究报告发表在《大脑》杂志上，研究结果表明，AI算法在扫描中发现了538例FCD症状，其中包括112例放射科医师无法检测到的病例。研究人员称，这一点非常重要！因为当前局灶性脑皮质发育不良(FCD)症状主要依赖于及时检测发现，再选择手术治疗。伦敦大学学院皇后广场神经学研究所研究员康拉德·瓦格斯蒂尔(KonradWagstyl)博士说：“这种...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304879.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304879.htm

一个电极，两种功效 脑植入物成功控制癫痫和强迫症

一个电极，两种功效脑植入物成功控制癫痫和强迫症神经外科教授艾哈迈德·拉斯兰博士演示了患者艾梅柏·皮尔森的脑植入物。图片来源：俄勒冈健康与科学大学在开始用RNS治疗之前，美国患者艾梅柏·皮尔森因强迫症而每天不停洗手，直到破皮流血。她的手已被洗得非常干燥，仅弯曲手指都会弄裂关节皮肤；她还会反复检查窗户和壁橱，并反复确保炉子已关闭。外出就餐时，她也不能坐在别人身边，因为担心旁人的食物会弄脏她。2019年3月5日，她接受了一场手术。OHSU医学院神经外科团队在她的脑部植入了电极，起初主要目的是控制她的癫痫发作。艾梅柏·皮尔森展示了她在俄勒冈健康与科学大学（OHSU）医院接受的大脑植入物模型。皮尔森已在2018年接受过治疗耐药性癫痫发作的标准手术，切除了造成癫痫发作的一小部分大脑。但手术仅阻止了她的部分病症而不是全部，所以皮尔森选择植入RNS。这种新型植入物可主动监测大脑活动，并在癫痫发作开始之前发出小脉冲以平息病症。在治疗过程中，皮尔森了解到有些人报告说这些植入物还可缓解精神疾病，包括强迫症。于是，她决定尝试一下。在大脑植入后的几个月，皮尔森意外发现自己的强迫症有所缓解。4年后，这场手术彻底改变了她的生活，强迫症正在逐渐离她远去。她表示“已经能够与生活中的人建立更健康的关系”。研究人员称，双程序植入设备可监视与癫痫和强迫症相关的大脑活动，它是世界上唯一可同时治疗两种疾病的设备，是独立编程的，针对癫痫的方案与强迫症的方案并不相同。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416679.htm