什么是脑深部电刺激，它为何能治疗帕金森病？

迈克尔·洛克（Michael Lock）在近二十年前被诊断出患有帕金森病。起初，这位家住印第安纳州皇冠角（Crown Point）的居民能够通过服用多种药物控制病情，但过去五年里，他的状况开始恶化。

随着时间的推移，这种疾病开始剥夺他的行动能力。他服用的药物组合——Rytary、Amantadine 和 Sinemet——在一天中只有很短的时间有效，迫使他在其余时间里依赖助行器。随着病情进一步发展，他变得难以站立或行走。

“我不能抱我的孙子孙女，因为我害怕摔倒。他们跑过来对我说‘爷爷，抱抱我！’，但我做不到。这太难了，”64岁的洛克说。“我意识到我不想这样生活。”

几年前，他的医生曾推荐脑深部电刺激（DBS），这是一种手术程序，通过将一个或多个电极植入大脑，利用电能治疗慢性神经系统疾病的症状。

“像任何人一样，我很害怕。我第一个念头是‘嘿，没人会在我头上钻个洞然后塞点什么进去！’”他说。“但我当时的情况，冒任何风险都值得。”

2018年8月，芝加哥西北纪念医院（Northwestern Memorial Hospital）的手术团队将洛克送进手术室。神经外科医生乔舒亚·罗森诺（Joshua Rosenow）切开了洛克头皮的一部分——露出了头骨坚硬的灰白色表面——并在其左侧钻了一个小孔。利用最先进的脑成像扫描仪精确引导定位目标，罗森诺将一个直径1.25毫米的电极插入丘脑（thalamus），丘脑是负责传递运动和感觉信号等多种功能的大脑区域。次月，罗森诺在洛克大脑的右侧重复了相同的程序。

两个月后，当两个电极深植于他的丘脑后，洛克返回医院进行“程控”。罗森诺和神经科团队微调了设备的设置，以确保电信号以精确的电压刺激大脑的正确区域。

“他（拄着助行器）走进医院，（放下助行器）走出了医院，从那以后我们就没用过助行器了，”洛克的妻子玛西亚（Marcia）说。“这是他做过的最好的决定。”

什么是脑深部电刺激？

洛克的情况听起来像科幻小说，但事实上，这早已不是什么闻所未闻的事情了。脑深部电刺激（DBS）是神经外科领域一个不断发展的领域，它为患有衰弱性疾病的患者带来了希望。

植入大脑电极的方法早在20世纪30年代就已被临床医生使用，其中最著名的是神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield），他最初用这种方法治疗癫痫患者。到1987年，法国格勒诺布尔（Grenoble）的一个神经外科团队开发出了现代DBS，作为治疗特发性震颤和帕金森病的有效方法。根据2019年发表在《自然》（Nature）杂志上的一篇论文，全球已有超过16万患者从DBS治疗各种疾病中受益。

Deep brain stimulation device implant - shutterstock — (图片来源：Blamb/Shutterstock)
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目前，DBS已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗帕金森病、特发性震颤和癫痫等运动障碍患者。FDA还根据人道主义器械豁免（Humanitarian Device Exemption）批准了DBS用于治疗难治性强迫症和肌张力障碍。然而，科学家们相信，通过刺激大脑可以治疗多种疾病，并且正在继续探索DBS作为治疗一系列疾病的可能疗法，包括某些类型的抑郁症、慢性疼痛、图雷特综合征和阿尔茨海默病。

虽然专家们仍不确定DBS具体如何影响神经网络，但主流理论认为，该手术会造成所谓的“信息性病变”：大脑中的网络以错误的信息进行交流，导致神经功能障碍，而DBS则通过持续不断的电脉冲（每秒2到4毫安）来“淹没”这些错误信息，如同“白噪音”一样。

“它阻断了一部分错误信息造成的问题，”罗森诺说。“它不能恢复正常，但它能切断一些错误信号产生的问题和症状。”

下一步：与大脑对话

由于大脑是一个电器官，它使用一系列电信号进行自身和身体的交流，因此DBS进化的下一阶段是利用电脉冲以大脑自身的语言“对话”。“我们还不能聪明地与大脑对话，”罗森诺说。“我们正努力聪明地选择对话的地点，但还没有使用聪明的刺激模式。”

今年早些时候，全球三大DBS设备制造商之一的Medtronic公司发布了Percept PC神经刺激器（Percept PC Neurostimulator），这是一款首创的DBS设备，能够监测和追踪脑信号。“与过去30年用于DBS的其他脉冲发生器不同，[这款设备]能够感知并记录电极在大脑周围发生的脑电波，”休斯顿Memorial Hermann医院的神经外科医生阿尔伯特·费诺伊（Albert Fenoy）说，他是德克萨斯州首位植入该设备的人。记录脑活动的能力是一个重大里程碑，无疑将把DBS领域推向智能设备更美好的未来。

“如果它能在特定阈值下记录这些信息，那么当脑信号异常时，它就有能力进行刺激，以阻止[功能障碍]，从而改善症状，”费诺伊说。“我们可以设定一个特定的参数阈值，当达到该阈值时，设备就会进行刺激。它不是持续开启的，因为脑信号可能不是持续异常的。”

诚然，这类响应式设备已经存在于癫痫治疗中。当这些设备检测到大脑特定区域出现异常信号时，它们会发出微弱的电流，在癫痫发作前阻止其发生。但神经科学家们正在探索将这些响应式神经刺激器用于帕金森病、特发性震颤和其他疾病。

但是，DBS——就像它之前的许多科学发现和技术进步一样——并非没有隐忧。

“任何技术都可以被用于不正当的目的，”UCSF Health的神经外科医生菲利普·斯塔尔（Philip Starr）说。“存在隐私方面的考虑。对于一个传感设备，是否有人可以侵入你的脑部设备并读取脑信号？最终，很可能会有一种方式，通过你的脑信号来识别你，就像视网膜扫描或指纹识别你一样。”

斯塔尔向公众保证，该领域进步所引发的伦理问题和影响是联邦机构资助神经科学研究的重要考量因素。例如，美国国立卫生研究院（NIH）于2013年设立的BRAIN Initiative，设立了一个神经伦理部门，与研究人员密切合作，并制定一套伦理准则，以解决神经刺激和其他技术的创新性用途。

“我们以及许多其他人与神经伦理学家合作，他们正在研究我们的患者、照护者和临床医生，以界定使用这些能够改变情绪、原则上能够改变思维方式的设备的伦理考量是什么？”斯塔尔说。“我们应该如何看待这些设备的使用，尤其是在未来可能用于那些没有脑部疾病、只是想提升功能的人身上？这种情况会发生吗？”