EPFL的研究人员已经有效地测试了一种新方法，该方法可以在不需要手术的情况下对人类大脑进行深入探索，在治疗方面具有潜在的应用前景。

神经系统疾病，如成瘾、抑郁和强迫症(OCD)影响着全球数百万人，表现出涉及多个大脑区域和回路的复杂病理。治疗这些疾病尤其具有挑战性，因为大脑的功能复杂且不为人所知，而且很难以非侵入性的方式对大脑深部结构进行治疗。

在快速发展的神经科学领域，非侵入性脑刺激是理解和治疗无数神经和精神疾病的新希望，无需手术干预或植入。由担任EPFL生命科学学院临床神经工程主席的Friedhelm Hummel和博士后Pierre Vassiliadis领导的研究人员正在该领域开创一种新方法，为治疗成瘾和抑郁症等疾病开辟了新领域。

研究重点和技术描述

他们的研究利用经颅颞叶干扰电刺激(tTIS)，专门针对大脑深部区域，这些区域是几个重要认知功能的控制中心，涉及不同的神经和精神病理。这项研究发表在《Nature Human Behaviour》杂志上，强调了跨学科的方法，将医学、神经科学、计算和工程学结合起来，提高我们对大脑的理解，并开发出可能改变生活的疗法。

“侵入性脑深部刺激(DBS)已经成功地应用于深层神经控制中心，以抑制成瘾和治疗帕金森症、强迫症或抑郁症，”Hummel说。“我们的方法的关键区别在于它是非侵入性的，这意味着我们在头皮上使用低水平的电刺激来瞄准这些区域。”

Vassiliadis是这篇论文的第一作者，也是一名医学博士，他将tTIS描述为使用两对附着在头皮上的电极在大脑内部施加弱电场。

“到目前为止，我们还不能用非侵入性技术专门针对这些区域，因为低水平的电场会刺激头骨和深层区域之间的所有区域，使得任何治疗都无效。这种方法使我们能够选择性地刺激在神经精神疾病中很重要的大脑深部区域，”他解释说。

这项创新技术基于时间干扰的概念，最初在啮齿动物模型中进行了探索，现在由EPFL团队成功地转化为人类应用。在这个实验中，一对电极被设置为2000赫兹的频率，而另一对电极被设置为2080赫兹。由于大脑结构的详细计算模型，电极被专门放置在头皮上，以确保它们的信号在目标区域相交。

探索人类纹状体

正是在这个时刻，干扰的魔力出现了:两股电流之间80赫兹的微弱频率差成为目标区域内的有效刺激频率。这种方法的优点在于它的选择性;高基频(例如，2000赫兹)不直接刺激神经活动，不影响干预的脑组织，只将效果集中在目标区域。

这项最新研究的重点是人类纹状体，它是奖励和强化机制的关键参与者。

Vassiliadis说:“我们正在研究如何通过特定的大脑频率来影响强化学习，本质上是我们如何通过奖励来学习。”

通过对纹状体施加80赫兹的刺激，研究小组发现他们可以破坏纹状体的正常功能，直接影响学习过程。

他们的工作具有巨大的治疗潜力，特别是对于成瘾、冷漠和抑郁等疾病，奖励机制在这些疾病中起着至关重要的作用。“例如，在成瘾中，人们倾向于过度接近奖励。我们的方法可以帮助减少这种病理性的过度强调，”Vassiliadis指出，他也是UCLouvain神经科学研究所的一名研究员。

此外，该团队正在探索不同的刺激模式如何不仅能破坏大脑功能，还能潜在地增强大脑功能。“第一步是证明80赫兹影响纹状体的假设，我们通过破坏它的功能来做到这一点。我们的研究也显示了改善运动行为和增加纹状体活动的希望，特别是在学习能力下降的老年人中，”Vassiliadis补充道。

Hummel是一名训练有素的神经学家，他认为这项技术开启了大脑刺激的新篇章，可以用更少侵入性的方法提供个性化的治疗。他说:“我们正在寻找一种非侵入性的方法，使我们能够在早期阶段对深部脑刺激进行实验和个性化治疗。”tTIS的另一个关键优势是它的副作用很小。在他们的研究中，大多数参与者报告皮肤上只有轻微的感觉，使其成为一种高度耐受和患者友好的方法。

Hummel和Vassiliadis对他们研究的影响持乐观态度。他们设想了一个未来，无创神经调节疗法可以在医院随时可用，提供成本效益和广泛的治疗范围。

参考:“Non-invasive stimulation of the human striatum disrupts reinforcement learning of motor skills” by Pierre Vassiliadis, Elena Beanato, Traian Popa, Fabienne Windel, Takuya Morishita, Esra Neufeld, Julie Duque, Gerard Derosiere, Maximilian J. Wessel and Friedhelm C. Hummel, 29 May 2024, Nature Human Behaviour.