美国科学家利用人工智能升级脑刺激疗法,来治疗抑郁症

人类的大脑使用电来运作。神经元不断地发送和接收电信号。每个人的大脑工作方式都有点不同,科学家们现在正在接近于确定电活动是如何在单个患者的大脑中发挥作用的,以及如何刺激它来治疗神经和精神疾病。一些科学家甚至使用先进的人工智能预测技术,以加强他们的大脑刺激疗法。

大脑刺激的想法并不新鲜,《飞越疯人院》这部电影对电休克疗法(ECT)进行了特别残酷的描述。尽管电休克疗法今天仍被用于治疗抑郁症和其他疾病,但自20世纪30年代发明以来,它已经取得了长足的进步。

除ECT外,还有迷走神经刺激(VNS)、经颅磁刺激(TMS)、磁癫痫治疗(MST)、经颅电流刺激(tCS)和深部脑刺激(DBS)等疗法。非侵入性脑刺激无需任何手术就能从外部完成,而深度脑刺激需要在大脑中植入电极。它通常用于治疗严重的神经系统疾病,如帕金森病。经颅磁刺激(TMS)是非侵入性的,目前被用于治疗抑郁症。

北卡罗莱纳大学医学院卡罗莱纳神经刺激中心主任弗拉维奥·弗罗里奇(Flavio Frohlich)介绍说:“我们今天使用的其他大脑刺激技术通常比ECT使用的电量要小得多。电休克疗法已被证明是治疗非常严重的抑郁症最有效的疗法之一。但它也有一个不可忽视的副作用,而我们今天研究的这些非侵入性脑刺激方法使用的电量大约是ECT的千分之一。”

尽管在大脑刺激技术方面有许多令人兴奋的新进展,但大脑刺激通常不应该是人们试图治疗一种疾病的首要疗法。深部脑刺激涉及手术,这有其自身的风险,刺激本身可能会导致从语言问题到情绪变化等副作用。非侵入性脑刺激也会引起副作用,这些副作用通常比较轻微,比如患者在治疗部位会感到头痛或疼痛。

但对于患有神经和心理疾病的人来说,其他疗法或药物治疗效果不佳,脑刺激可能成为一种非常重要的替代疗法。就目前情况来看,许多人生活在这些障碍中,没有任何有效的方法来缓解他们的症状。

“为了想出对大脑做出动态反应的好方法,我们需要有一个好的模型,或者很好地理解这种反应将是什么。我们需要能够预测它。大脑非常复杂,”弗罗里奇说。“没有一个数学模型可以告诉你,如果你把这个放进去,这个就会发生。这正是我们需要理解的。”

研究人员正在接近能够个性化大脑刺激疗法,使它们对患者更好地工作。这个想法是在大脑受到刺激时监测大脑,并观察这个人的大脑是如何对刺激做出反应的。根据这些信息,你可以调整刺激的位置,刺激的强度,等等。这被称为“闭环刺激”。如果少量的刺激能在大脑的某个区域产生理想的反应,那么你就不需要增加刺激。

本质上,我们需要能够预测大脑对刺激的反应,而我们还没能做到这一点。这正是科学家们正在研究的,今年早些时候发表在《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)杂志上的研究表明,AI可以用来实现这一目标。

南加州大学(University of Southern California)电子与计算机工程助理教授玛丽亚姆·沙内奇(Maryam Shanechi)领导的研究团队进行了这项研究。该团队使用一种新型的电刺激波来监测大脑活动,并使用人工智能学习模型来预测大脑对深度大脑刺激的反应。在这种情况下,他们做了深度大脑刺激,他们的系统工作得很好。他们发现,他们能够根据刺激大脑的方式准确预测大脑活动的变化。

假设来了一个患有抑郁症的病人。进行治疗的人将测量他们的大脑活动,人工智能将根据活动水平解码当前的症状水平,然后确定需要多少刺激才能减轻症状。沙内奇说,这个过程实时重复,直到症状完全缓解。

沙内奇说,找出如何有效地进行个性化的大脑刺激是很重要的,因为现在我们对每个人都使用相同的刺激,不管他们的大脑是如何工作的,而且紊乱在不同的人的大脑中表现是不同的。

“如果没有个性化,你就只能一直刺激。你不会追踪症状,”沙内奇说。“我们想做的一件事是开发机器学习算法和解码器,可以根据大脑活动,实时解码某人的症状是如何变化的,这样你就可以根据需要进行刺激,并提供最小的刺激。”

为了使个性化的大脑刺激更广泛地应用,科学家们必须进行临床试验,并让这些类型的治疗方法获得FDA的批准。我们还不知道这些疗法是否只是治疗神经和精神疾病的另一种方法,或者它们是否真的可以治愈一些疾病。沙内奇表示,他们希望大脑的自我重组能力,一种被称为神经可塑性的能,可能意味着大脑刺激可以导致一个人的大脑连接方式的永久性改变,从而治愈他们的疾病。

“缓解症状是很有价值的,而且大多数小组的目标都是缓解症状,”沙内奇说。“他们希望,通过长期缓解症状,如果你进行刺激,可能也会减少患者对治疗的依赖,并可能通过激活这些大脑回路和一些适应性过程来治愈他们。”

以上讨论的各种脑刺激方法可以提供重要的替代神经疗法。关于这些疗法究竟是如何起作用的,以及它们对接受治疗的人有多有效,我们还有很多要了解的。这种医疗技术的真实数据仍在不断变化中,但它正在不断发展,希望能为数百万有治疗障碍的患者带来希望。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/yixuejiankang/1930.html