大脑起搏器为什么能唤醒植物人?

大脑起搏器就是电刺激大脑细胞吗?为什么这样就能唤醒植物人?

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/7/250112.shtm
在脑科学研究的历史上,大脑起搏器是的发明源于帕金森氏症的治疗进展。上世纪60年代末期,为避免长期服药带来的药效降低,医生们通过外科手术在大脑中植入电极来控制颤抖。2005年,美国开始尝试在昏迷病人身上植入大脑起搏器,试图通过电刺激激活沉睡的大脑细胞,促进神经活动和血液循环,使昏迷病人苏醒。“


2007年,《自然》杂志曾报道,美国一位因严重脑外伤昏迷六年的病人在大脑起搏器的帮助下苏醒,并能自己进食、与家人聊天。这一案例引起了植物人治疗界的广泛关注。

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4个答案
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鬼谷藏龙神经科学博士生

2014-04-11 17:41

唔……大脑没有搏动,这里所说的大脑起搏器我之前没有听说过,不过根据文中的信息来看,应该指的是深度脑刺激
这个技术最早是研究用来治疗癫痫、幻肢或是神经退行性疾病的。它的原理呢,举个例子说,张三得了神经退行性疾病,脑子里面某一种神经元死掉了,那么这些神经元下游的神经没了上游的指挥,就会产生一些身体和精神上的症状,那么既然原来的神经元不放电了,那我给你在那些死掉的神经元原来待的位置放上一些电极,然后让这些电极模拟原来那些神经元的放电模式来放电,这样的话就可以很好地缓解那些症状。
目前来说,这项技术还远远没有成熟,有待突破的瓶颈包括:
那些电极很难放得非常准。哪怕是细胞尺度级别的误差都有可能让它的疗效大打折扣,所以这个对医护人员的操作要求极高,目前试验阶段专门培养一些技术高杆的医生来进行手术固然可以很好地提高成功率,可是要大规模使用,这些精英显然是不够用的。
植入电极的过程会造成难以回避的损伤。毕竟很多电极都要埋在大脑深处,要放在那,这一路打洞总是回避不了,现在对大脑的理解有限,很多时候这样的损伤会不会造成后遗症往往凭运气。
电极的维护和治疗预后还跟不上。现在治疗的病人大多都是一些垂垂老矣,再不治疗就要死的患者,一般即使治疗后也不会活太久了,这个问题并不显著,但是这项技术显然不会永远只服务于这些人。
只能代偿功能较为单一的神经元。目前深度脑刺激用的最好的领域是帕金森,就是因为帕金森患者特异性死亡的是一类很单纯的只是单纯地传达上游兴奋性信号的神经元,我们用人工手段很容易模拟,但是复杂一些的阿滋海默症(海马区记忆相关神经元特异性死亡)、脊髓侧索硬化症(脊髓运动神经元特异性死亡)等目前就很难适用这套技术。
治标不治本。即使能很好地弥补神经损伤造成的影响,但是大部分神经退行性疾病会逐渐向全脑所有神经元发展,这项技术无法阻止疾病本身的发展。

回到这个案例本身,这里的患者并非患病而是因为外伤导致部分脑区功能障碍,利用深度脑刺激暂时弥补那些受损区域的话,一方面可以让患者暂时脱离症状(也就是所谓唤醒),另一方面很多神经元需要不断接受上游的刺激,这项技术可以有效防止这些神经元因为失去刺激而萎缩,从而避免后遗症。
不过正因为上面这些瓶颈的存在,这并非意味着从此以后再也不会出现植物人,能否用此技术需要一系列苛刻的评估,包括脑损伤的程度、损伤的区域是否能自我恢复、治疗的风险等等。我个人觉得,只有那些脑损伤区域较小且较浅,损伤的神经元较为集中而且功能单纯,经过一段时间的治疗受损伤的区域的功能可以恢复或被代偿,没有严重并发症的患者才能接受这种治疗,而且就目前阶段还不能保证治愈率。

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感觉是为了大众理解方便,起的一个别称。原名是Deep Brain Stimulation (深度脑刺激疗法),这里有个TED科普版。
http://www.ted.com/talks/andres_lozano_parkinson_s_depression_and_the_switch_that_might_turn_them_off

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1.大家纠结的名字问题。
这个手术的名字是Deep Brain Stimulation (脑深部电刺激术),需要植入的医疗设备是脑起搏器(brain pacemaker),因为这个设备最早用于心脏的起搏,所以沿用了起搏器的名称。本质是通过脉冲发生器给予一定频率和脉宽的电流刺激特定的脑部核团。因为医学上大脑一般特指端脑,而脑起搏器靶点主要作用部位是锥体外系的核团神经元。所以一般不翻译成大脑起搏器,而叫脑起搏器。

2.脑起搏器的治疗作用问题
原文说20世纪60年代通过植入电极治疗震颤,这个是不对的。当时治疗帕金森主要是通过破坏锥体外系中的几个核团来起效的,也就是毁损术。原理是特发性震颤是因为锥体外系中多巴胺能神经元失效,无法抑制胆碱能神经元,导致胆碱能神经元亢奋,结果就是运动迟缓、肌肉僵直和颤抖为代表的帕金森症状。所以毁损手术就是破坏胆碱能神经元集中的核团达到神经传导的平衡。同理亨廷顿舞蹈病就是胆碱能神经元失效,多巴胺能神经元亢奋,出现类似舞蹈的症状,所以治疗方式就是破坏多巴胺能神经元。
而1980年偶然发现电脉冲能起到和毁损术一样的效果:抑制核团神经元活动,由此发展出了DBS和脑起搏器。用于特发性震颤、帕金森症、亨廷顿舞蹈症、肌张力障碍这一些列疾病都是主要依靠电刺激对核团的抑制作用,起效。相当于解决平复差距时把富人全部变成穷人来达到社会平衡的XX主义。当然,关于作用原理的假说很多。这几个病症的治疗机理比较清楚,临床效果也非常确定,所以FDA仅仅批准了这几种适应症。
而脑起搏器一直存在超适应症治疗,从癫痫到戒毒,从治疗抑郁到控制食欲。对于文中所述的昏迷患者主要是通过低频、高脉宽电流来刺激中央中核—丘脑束旁核复合体来激活大脑皮层和脑干的联系,与帕金森通过高频电流来抑制丘脑底核活动的原理是不一样的(一种假说认为电刺激都是通过破坏脑电同步达到治疗效果)。
严格来说DBS疗法的原理并不是完全清楚。

3.植物人唤醒和手术之间不一定能划等号
因为DBS治疗昏迷电极的靶点是在中央中核-丘脑束旁核复合体,所以不是每个植物人都能唤醒的,对于导致昏迷的病因和病灶都有很苛刻的要求。而唤醒的患者也很难断定不是其他因素促醒的。

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DBS呗...这个技术再发展下去,就是人工智能了...

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