隨著神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展，電刺激調(diào)控的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛包括于神經(jīng)康復(fù)再生、癲癇、老年癡呆、帕金森疼痛、抑郁、肥胖等神經(jīng)相關(guān)的疾病調(diào)控研究，作為傳統(tǒng)的應(yīng)用于動(dòng)物科研實(shí)驗(yàn)上的電刺激系統(tǒng)目前主要有兩種方案，一種是直接采用有線連接，使用前先將刺激電極植入到體內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線插頭的形式與后端的刺激主機(jī)相連，由于是外部供電及刺激調(diào)控，所以不需要擔(dān)心長(zhǎng)時(shí)間供電問(wèn)題，但引線的加入會(huì)影響動(dòng)物的舒適性，長(zhǎng)時(shí)間佩戴必須要解決引線纏繞問(wèn)題，也無(wú)法像正常動(dòng)物那樣進(jìn)行一些常規(guī)的行為訓(xùn)練或其他技術(shù)的融合等。第二種刺激方案采用無(wú)線刺激模式，這種方案將刺激模塊小型化，使得可以整體植入到動(dòng)物體內(nèi)，通過(guò)外部指令來(lái)給出電刺激，這種方案解決了帶線產(chǎn)生的問(wèn)題，然而由于整體植入電路以及電池均在植入子里面，最小的植入子重量也基本在10g以上，對(duì)一些小動(dòng)物如小鼠還是存在著問(wèn)題，而且體積受限，電池的容量也不會(huì)很大，往往持續(xù)工作幾天電量就會(huì)耗盡，無(wú)法滿(mǎn)足那些長(zhǎng)期慢性刺激實(shí)驗(yàn)的要求。

為解決上述問(wèn)題，科斗（蘇州）腦機(jī)科技團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款商用極小化無(wú)線無(wú)源電刺激系統(tǒng)，植入子最小僅有1-2g，只需要做一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)將電極植入到刺激位點(diǎn)，無(wú)線接收能量的部位埋置在皮下，使用中將植入后的動(dòng)物放置在無(wú)線發(fā)射板上，指令以及能量均由面板提供，刺激時(shí)長(zhǎng)、頻率、大小均由外部設(shè)備來(lái)控制，植入子可以結(jié)合各種刺激電極來(lái)使用，如cuff電極、柔性貼片電極、單雙通道金屬電極等，以適用不同的刺激部位的需求。

  無(wú)線無(wú)源刺激原理

該系統(tǒng)添加有外部接口，可以和其他如電生理、光遺傳、行為系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)行更復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)路問(wèn)題的研究。

應(yīng)用場(chǎng)景一：神經(jīng)再生。運(yùn)動(dòng)是由神經(jīng)調(diào)控，每年由于車(chē)禍或各種意外導(dǎo)致神經(jīng)損毀（包括中樞和外周神經(jīng)）而失去運(yùn)動(dòng)能力的人非常多，目前對(duì)于神經(jīng)損毀的問(wèn)題，醫(yī)生能做的也只是將神經(jīng)重新連接，術(shù)后恢復(fù)的方法是給予被動(dòng)式的訓(xùn)練活動(dòng)，但這種方式收效甚微。電刺激是能夠誘發(fā)神經(jīng)的傳導(dǎo)，理論上是可以將連接上的神經(jīng)打通信號(hào)通路，醫(yī)生也在手術(shù)中發(fā)現(xiàn)給受損傷的神經(jīng)附近進(jìn)行電刺激更夠恢復(fù)一些能力，加快恢復(fù)時(shí)間，由此可見(jiàn)，若是對(duì)受損神經(jīng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的慢性刺激或許就能將原先失去的能力恢復(fù)。2018年在Nature Medicine上的一篇文章也公開(kāi)報(bào)道了在小鼠實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)植入這種無(wú)線無(wú)源的cuff刺激電極來(lái)促使神經(jīng)再生的實(shí)驗(yàn)取得了良好的結(jié)果。研究人員們將帶有無(wú)線接受能量的cuff電極植入到了坐骨神經(jīng)受損的小鼠中，并以每小時(shí)1次的頻率進(jìn)行電刺激，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1天、3天、以及6天。治療后，科學(xué)家們又在接下來(lái)的10周里，追蹤神經(jīng)的恢復(fù)情況，并發(fā)現(xiàn)相比對(duì)照組，但凡接受電刺激的小鼠，其肌肉重量與強(qiáng)度都有顯著提升，表明小鼠的神經(jīng)功能與運(yùn)動(dòng)能力都恢復(fù)良好。更有意義的是，隨著電刺激的時(shí)間越長(zhǎng)，小鼠的恢復(fù)速度也就越快。而且，這一植入子均采用生物可吸收材料生產(chǎn)，本身沒(méi)有帶來(lái)明顯的副作用，術(shù)后無(wú)需二次手術(shù)取出[1]。

植入模擬和實(shí)際圖

應(yīng)用場(chǎng)景二：癲癇治療。癲癇是大腦神經(jīng)元突發(fā)性異常放電，導(dǎo)致短暫的大腦功能障礙的一種慢性疾病。據(jù)流行病學(xué)資料顯示，國(guó)內(nèi)癲癇的總體患病率為7.0‰，中國(guó)約有900萬(wàn)左右的癲癇患者。癲癇是發(fā)作是由于神經(jīng)核團(tuán)的異常放電引起，可以通過(guò)迷走神經(jīng)神經(jīng)調(diào)控手術(shù)來(lái)抑制癲癇發(fā)病。在做好的癲癇模型的動(dòng)物上，將帶有無(wú)線供能的cuff電極埋置在動(dòng)物體內(nèi)的迷走神經(jīng)上，通過(guò)外部設(shè)備如行為或其他電生理檢測(cè)設(shè)別識(shí)別到癲癇發(fā)作的信號(hào)，觸發(fā)刺激電極產(chǎn)生微電流，從而消除癲癇癥狀[2][3]。

應(yīng)用場(chǎng)景三：抑郁癥治療。預(yù)計(jì)到2020年將成為第二大。抑郁癥的治療基本依靠藥物，然而藥物使用到后期會(huì)出現(xiàn)抗藥性以及其他副作用，所以人們也一直在尋求其他方面的治療手段，包括DBS腦深部刺激術(shù)。現(xiàn)在已有證據(jù)表明通過(guò)給與特定腦區(qū)的微電流刺激能夠減緩抑郁癥狀[4]，抑郁癥的動(dòng)物模型已經(jīng)成熟穩(wěn)定，由于這種電刺激需要長(zhǎng)時(shí)間治療，腦深部電極與無(wú)線無(wú)源刺激系統(tǒng)結(jié)合也是比較合適的解決方案。

無(wú)線無(wú)源電刺激系統(tǒng)實(shí)物圖

目前開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的科斗腦機(jī)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)和華山醫(yī)院展開(kāi)合作，進(jìn)行了小動(dòng)物的在體刺激實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)取得了預(yù)期效果，后續(xù)也將不斷豐富升級(jí)更多的功能。

[1] Koo, J., et al. (2018). "Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy." Nature Medicine 24.

[2] Delaloye, S. and P. E. Holtzheimer (2014). "Deep brain stimulation in the treatment of depression." Dialogues in clinical neuroscience 16(1): 83-91.