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阿爾茨海默?。ˋD)俗稱老年癡呆,是一種以記憶衰退和認知功能進行性下降為特征的神經(jīng)退行性疾病??茖W家發(fā)現(xiàn),這種病可能與大腦中一種叫“β-淀粉樣蛋白”的有害物質(zhì)堆積以及大腦中多巴胺系統(tǒng)的失調(diào)有關(guān),但目前醫(yī)學界還沒有找到完全治愈的方法。現(xiàn)有的無創(chuàng)腦部電刺激治療雖然有一定效果,但存在兩個主要難題:一是難以精準刺激到大腦深部的關(guān)鍵區(qū)域,二是無法實時監(jiān)測腦內(nèi)化學物質(zhì)的變化。而且,目前缺乏能夠同時實現(xiàn)深腦精準刺激和電-化學監(jiān)測的微型化器件。
中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院吳一戎、宋軼琳、蔡新霞團隊在微納傳感技術(shù)創(chuàng)新研究群體和前沿交叉研判戰(zhàn)略研究等項目支持下,研發(fā)了一種雙模雙向柔性腦機接口神經(jīng)微電極NeuroRevive-FlexChip。該研究集成多巴胺實時監(jiān)測、神經(jīng)電活動記錄和原位電刺激功能,發(fā)現(xiàn)了40Hz微電流靶向刺激海馬區(qū)后,誘發(fā)AD小鼠海馬體神經(jīng)元多巴胺釋放和微觀神經(jīng)振蕩,改善AD小鼠認知功能。
科研團隊研究發(fā)現(xiàn),采用NeuroRevive-FlexChip進行40Hz電刺激,可誘發(fā)海馬體多巴胺水平短暫升高,并呈現(xiàn)刺激結(jié)束后多巴胺“回落-再上升”的短期重啟現(xiàn)象。在重啟期內(nèi),神經(jīng)元放電模式從簇狀放電,轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)性放電。最終,經(jīng)過治療的AD小鼠在Y迷宮測試中的認知能力增強;微觀神經(jīng)分子與細胞分析也證實該干預可有效減少Aβ42沉積,并誘導小膠質(zhì)細胞形態(tài)重塑。
這一創(chuàng)新性技術(shù)實現(xiàn)了電生理-電化學雙模態(tài)檢測與神經(jīng)調(diào)控的器件集成,有望為阿爾茨海默癥等難治性神經(jīng)疾病精準治療提供新型腦機接口技術(shù)手段,具有科學意義和臨床價值。
相關(guān)成果以Integrated dopamine sensing and 40 Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models為題,發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
雙模雙向柔性腦機接口深腦靶向刺激改善AD小鼠認知功能
柔性腦機接口NeuroRevive-FlexChip的神經(jīng)電活動和多巴胺檢測性能
深腦靶向刺激引起海馬體神經(jīng)細胞多巴胺釋放和微觀神經(jīng)振蕩
深腦靶向刺激改善阿爾茨海默模型小鼠認知功能,減少Aβ42斑塊沉積
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