詳解連接大腦的神經(jīng)刺激器探索歷程

今天，植入產(chǎn)品已經(jīng)成為大量心臟病的有效治療方法，醫(yī)療電子公司正在開(kāi)發(fā)多種新型設(shè)備并推廣使用；未來(lái)，許多研發(fā)工作將著重在大腦方面。一家新興研究機(jī)構(gòu)建議，用途明確的電子神經(jīng)刺激可以對(duì)各種廣泛的癥狀產(chǎn)生積極效果，從毒癮到癲癇、帕金森癥和憂郁癥等。

“我認(rèn)為我們正處于時(shí)代的先鋒。”一家由St.Jude Medical公司于2005年收購(gòu)的神經(jīng)調(diào)節(jié)公司主管Christopher Chavez表示。據(jù)該公司預(yù)測(cè)，神經(jīng)植入業(yè)務(wù)將從2000年的2,400萬(wàn)美元上升到今年的約3.2億美元，Chavez透露。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)看，目前神經(jīng)植入市場(chǎng)約有20億美元，他估計(jì)到2014年，該產(chǎn)業(yè)將以兩位數(shù)的速率提升到約39億美元。

目前為止，美國(guó)食品與藥物管理局已經(jīng)核準(zhǔn)了神經(jīng)刺激器的8種用途。“我們相信每種用途在目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域中的滲透率不到10%，還有10種新的用途仍在等待核準(zhǔn)。”Chavez透露。對(duì)植入產(chǎn)品制造商來(lái)說(shuō)這是很好的機(jī)會(huì)，他們希望神經(jīng)刺激器具有良好的測(cè)試效果。目前，許多基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果，對(duì)戒煙者或心臟支架安裝等用途都有著極大幫助，包括可大幅減少心臟移植要求在內(nèi)。

然而，現(xiàn)階段全球約有三分之一的健康問(wèn)題與神經(jīng)領(lǐng)域相關(guān)，隨著人類(lèi)壽命的延長(zhǎng)，這個(gè)數(shù)字還可望繼續(xù)增加。大型心律調(diào)節(jié)器公司Medtronic已經(jīng)發(fā)展出用于治療帕金森等輕微疾病的設(shè)備，并且：“正在開(kāi)發(fā)一系列神經(jīng)植入產(chǎn)品，以用于治療強(qiáng)迫癥(OCD)、憂郁癥、癲癇、偏頭痛、大小便失禁、某些類(lèi)型的疼痛和退化性疾病。”Medtronic公司首席科學(xué)家Richard Kuntz透露。

今年稍早，Medtronic表示已展開(kāi)封閉系統(tǒng)的動(dòng)物試驗(yàn)，這個(gè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)偵聽(tīng)和響應(yīng)腦電波。神經(jīng)刺激器的測(cè)試顯示是有效的，雖然很多基礎(chǔ)大腦科學(xué)仍很神秘。例如，在錄像中可以看到，對(duì)休克療法不起作用的憂郁癥病人在使用神經(jīng)植入產(chǎn)品刺激時(shí)能展示笑容。“這有點(diǎn)奇怪。”Kuntz表示：“我們真的不知道它如何運(yùn)作，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在討論的是人體內(nèi)最復(fù)雜的一些生理學(xué)。”

Jonathan Sackner-Bernstein是FDA的合作中心總監(jiān)，他在去年9月份舉行的IEEE生物工程會(huì)議所開(kāi)設(shè)的深度大腦刺激論壇中顯示了與眾不同的想法。“你仍然必須做大腦手術(shù)才能安裝植入產(chǎn)品，我敢肯定許多人不想在腦殼上留下傷痕。”他表示，并呼吁在基因治療方面進(jìn)行更多徹底的創(chuàng)新。

事實(shí)上，許多研究人員相信，未來(lái)最終將走生物治療的道路。例如：“我們需要作出不同的思考，開(kāi)發(fā)受基因控制的細(xì)胞、可編程心律調(diào)節(jié)器，并教會(huì)神經(jīng)組織自主跳動(dòng)。”Johnson & Johnson Services公司新興技術(shù)部門(mén)副總裁Joseph Smith表示。

但對(duì)于Medtronic等公司來(lái)說(shuō)，更緊迫的任務(wù)是縮小目前10cc的心臟植入產(chǎn)品尺寸，以及消除引起大多數(shù)故障的引線。“我們相信將這種設(shè)備縮小到1cc、并且不帶引線是有可能的，這將使設(shè)備本身能放置在心臟內(nèi)。”Medtronic公司新療法部門(mén)副總裁Rebecca Bergman指出：“我們希望在動(dòng)物身上試驗(yàn)這種原型，然后在不久的將來(lái)能夠解釋這些問(wèn)題。”

其它人則看到了植入產(chǎn)品的進(jìn)一步方向。“下一個(gè)偉大的革命是可植入的封閉式藥物供給系統(tǒng)。”曾開(kāi)發(fā)過(guò)全球首個(gè)可植入心臟除顫器的Mir Imran表示：“市場(chǎng)上有治療用的蛋白質(zhì)和縮氨酸，但必須將它們直接輸送進(jìn)大腦，因?yàn)槲笗?huì)對(duì)它們?cè)斐善茐摹?rdquo;

Imran指出，當(dāng)藥物輸送到整個(gè)身體后，這種設(shè)備將消除副作用。可以感知藥物需求并提供正確劑量的封閉式系統(tǒng)將是治療糖尿病的人工胰腺等突破性技術(shù)的關(guān)鍵。他目前正研究多達(dá)5種不同的植入概念，還收購(gòu)了植入產(chǎn)品制造商Modulus公司，并鼓勵(lì)該公司作為植入設(shè)備的代工廠，而這些設(shè)備他相信將由大量曾是小公司和新創(chuàng)企業(yè)的組織設(shè)計(jì)。

今天，大多數(shù)植入產(chǎn)品是由巨大的垂直型合成公司制造的，如Medtronic和St Jude Medical，他們控制了設(shè)計(jì)的絕大部份。“現(xiàn)在如果你要開(kāi)發(fā)植入產(chǎn)品，你必須聯(lián)系數(shù)十家制造廠才能把所有的組件整合在一起。”Imran指出：“最終你要花三倍的時(shí)間和十倍的資金才能得到你想要的結(jié)果。”