洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员有效地测试了一种新方法，该方法无需手术即可深入探索人脑，并具有在治疗中应用的潜在价值。

EPFL 研究人员正在推进非侵入性脑刺激方法，以针对和修改与神经系统疾病有关的深层脑区。他们的创新方法为侵入性较小、个性化的治疗提供了潜力，具有广泛的适用性和最小的副作用。

成瘾、抑郁和强迫症 (OCD) 等神经系统疾病影响着全球数百万人，这些疾病表现为涉及多个大脑区域和回路的复杂病理。由于大脑功能复杂且尚未得到充分理解，并且难以以非侵入性方式对深层大脑结构进行治疗，因此治疗这些疾病尤其具有挑战性。

在快速发展的神经科学领域，非侵入性脑刺激是理解和治疗大量神经和精神疾病的新希望，无需手术干预或植入。由 EPFL 生命科学学院临床神经工程系 Defitchech 教授 Friedhelm Hummel 和博士后 Pierre Vassiliadis 领导的研究人员正在该领域开创一种新方法，为治疗成瘾和抑郁等疾病开辟新领域。

他们的研究利用经颅时间干扰电刺激 (tTIS)，专门针对深层大脑区域，这些区域是几种重要认知功能的控制中心，涉及不同的神经和精神病理。这项研究发表在《自然人类行为》杂志上，强调了将医学、神经科学、计算和工程相结合的跨学科方法，以提高我们对大脑的理解并开发可能改变生活的疗法。

“侵入式深部脑刺激 (DBS) 已成功应用于深层神经控制中心，以抑制成瘾并治疗帕金森症、强迫症或抑郁症，”Hummel 教授指出：“我们的方法的关键区别在于它是非侵入性的，这意味着我们在头皮上使用低强度电刺激来针对这些区域。”

大脑深层区域纹状体的模型图像，纹状体是奖励和强化机制中的关键因素。图片来源：EPFL

论文第一作者Vassiliadis是一名拥有联合博士学位的医学博士，他将 tTIS 描述为使用连接到头皮的两对电极向大脑内部施加弱电场。“到目前为止，我们无法使用非侵入性技术专门针对这些区域，因为低水平电场会刺激头骨和深层区域之间的所有区域——使任何治疗都无效。这种方法使我们能够选择性地刺激对神经精神疾病很重要的深层大脑区域。”他解释说。

这项创新技术基于时间干扰的概念，最初是在啮齿动物模型中进行探索的，现在由 EPFL 团队成功转化为人类应用。在这个实验中，一对电极的频率设置为 2,000 Hz，而另一对电极的频率设置为 2,080 Hz。得益于大脑结构的详细计算模型，电极被专门放置在头皮上，以确保它们的信号在目标区域相交。

正是在这个关键时刻，干扰的魔力发生了：两个电流之间 80 Hz 的微小频率差异成为目标区域内的有效刺激频率。这种方法的妙处在于它的选择性；高基频（例如 2,000 Hz）不会直接刺激神经活动，不会影响中间的脑组织，而只会将效果集中在目标区域上。

这项最新研究的重点是人类纹状体，它是奖励和强化机制的关键参与者。“我们正在研究强化学习，本质上是如何通过奖励进行学习，如何受到特定大脑频率的影响。”Vassiliadis说。通过以 80 Hz 的频率刺激纹状体，研究小组发现他们可以破坏其正常功能，直接影响学习过程。

纹状体的示意图，纹状体是大脑中参与奖励和强化过程的关键区域。图片来源：EPFL

他们的研究成果具有巨大的治疗潜力，特别是对于成瘾、冷漠和抑郁等疾病，在这些疾病中，奖励机制起着至关重要的作用。“例如，在成瘾方面，人们倾向于过度追求奖励。我们的方法可以帮助减少这种病理性的过度强调。”Vassiliadis指出，他也是鲁汶大学神经科学研究所的研究员。

此外，该团队正在探索不同的刺激模式如何不仅可以破坏大脑功能，还可以潜在地增强大脑功能。“第一步是证明 80 Hz 影响纹状体的假设，我们通过破坏纹状体的功能来做到这一点。我们的研究还显示出改善运动行为和增加纹状体活动的希望，特别是对于学习能力较差的老年人，”Vassiliadis 补充道。

Hummel 教授是一位训练有素的神经病学家，他认为这项技术开启了脑刺激的新篇章，能够以侵入性较小的方法提供个性化治疗。“我们正在寻找一种非侵入性方法，让我们能够在早期阶段试验和个性化治疗深部脑刺激。”tTIS 的另一个关键优势是副作用极小。大多数研究参与者报告的皮肤感觉都很轻微，因此这是一种耐受性高且对患者友好的治疗方法。

Hummel 和 Vassiliadis 对他们的研究成果持乐观态度。他们设想未来非侵入性神经调节疗法可以在医院随时使用，提供经济高效且广泛的治疗范围。

来源：洛桑联邦理工学院

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