脑起搏器：从科幻到现实？

2014-11-07 22:36 点击:次

在2014年热播的美剧《超脑特工》（Intellegence）中，主人公Gabriel是一名有特殊天赋的探员，他的大脑中植入了一枚堪比超级计算机的微芯片，能在有效距离之内接收或控制所有电磁频谱。他成为世界上第一个能够用大脑直连接入互联网、Wifi信号、电话通讯和卫星数据的人类，可以在最短的时间内从遍及世界的“电子网格”中获取所需的信息。他仅凭大脑就能入侵世界上任何数据中心或者获取关键情报，保护美国的利益不受到“敌人”的威胁。

在许多其它科幻电影中，也经常会有类似的桥段：通过植入大脑的一些微小的人工系统，可以改变、植入记忆，或者让人变得无所不能。这些看上去似乎很遥远的技术，已经在临床上应用于治疗帕金森病等诸多神经系统疾病。

2014年9月8日，有诺贝尔生理或医学奖风向标之称的拉斯克临床医学奖，授予了第一个采用脑深部电刺激疗法（俗称脑起搏器）治疗帕金森病的法国外科医生Alim Louis Benabid和研究基底节环路、为脑深部电刺激提供理论指导的美国神经内科医生Mahlon Delong。

脑深部电刺激示意图

脑起搏器的组成以及临床植入方式如图所示：脑起搏器包括脉冲发生器、延长导线和电极三个部件，电极植入脑内，对于帕金森病来说，通常是丘脑底核，脉冲发生器植于胸前皮下，延长导线在皮下连接脉冲发生器和电极。脑起搏器产生的高频电刺激脉冲，通过电极触点作用于脑内靶点核团，抑制因多巴胺能神经元减少而过度兴奋的神经元的电冲动，减低其过度兴奋的状态，从而减轻帕金森病的震颤、僵直和运动迟缓等症状。

国内的同行对他们的工作非常熟悉，Benabid多次到国内访问，Delong则是在今年的9月1-3日在北京参加国际会议，并做了大会报告。并做了题为“Evolving concepts of the basal ganglia in motor control and movement disorders”的大会报告，从基底节出发，对运动控制和运动障碍疾病的治疗提出了一些新理念。

Delong和作者在北京会议中心合影，右一为Delong，左二为作者

Delong的贡献主要是建立了基底节和大脑运动皮层神经通路的新模型，这为选择脑深部刺激的靶点选择建立了理论基础。颁奖委员会的颁奖词中，回顾了他这些激动人心的发现过程，特别是针对帕金森病模型猴的研究工作：他采用MPTP方法造了两个帕金森病模型猴，像通常一样，两只猴子的运动逐渐迟缓，他们的肌肉僵直并发生震颤。Delong接着注射第二种化学药剂灭活丘脑底核，在一分钟以内，这些动物开始运动，渐渐的，他们的肌肉松弛了，而震颤则停止了！这些发现强烈支持这一假说：帕金森病的症状是由丘脑底核的过分活跃导致的。

而Bennbid的发现则充满了戏剧性，在获奖访谈中，Benabid回忆了他的发现过程：

在1987年的一天，他在给一个震颤患者做毁损手术。他选择了一个导致震颤的丘脑的一个区域，像通常一样，这个时候患者是清醒的以便医生能够测试靶点的准确性。他将一根探针插入希望毁损的区域，先给一个电刺激以确保这一区域的毁损不会产生不良效果。通常，电刺激的频率是50Hz，他突然想如果提高频率会发生什么哪？刚刚接近100Hz, 意想不到的事情发生了，震颤停止了！患者非常安静，Benabid觉得他可能让患者产生了无意识的肌肉收缩。他赶紧停掉电刺激并为自己的错误向患者道歉，患者却告诉根本不需要道歉，这是患病以来他的手第一次不再震颤了！

Benabid重复了这个过程，结果完全完全相同，他发现，当他关掉刺激后，震颤又出现了，这个现象是可逆的。这一刻，Benabid认识到他发现了激动人心的事情。

1991年，Benabid在《柳叶刀》杂志上报道了脑深部电刺激丘脑治疗震颤和帕金森病双侧震颤的临床研究。但这种刺激方法对于帕金森患者的运动迟缓和僵直症状改善并不明显，在这种情况下，Benabid看到了Delong的研究成果，基于前期大量的临床经验，Benabid非常自信刺激丘脑底核会获得很好的治疗结果，1995年，Benabid在《柳叶刀》杂志上报道了三个帕金森病患者采用丘脑底核电刺激的临床结果，1998年，他在《新英格兰医学》上进一步报道了丘脑底核电刺激治疗帕金森病的临床结果，5年以后，在同样的杂志上报道了电刺激治疗帕金森病患者的5年随访结果，他和全球其他小组的研究推动了脑深部电刺激疗法的临床应用，2002年，美国FDA批准了丘脑底核电刺激治疗晚期帕金森病的疗法，迄今全世界范围内已经超过10万名帕金森病等患者由此获益，获得很好的生活质量。

重温这段历史，从科学发现到临床应用，从临床偶然的“事故”到新疗法的创立，直到成千上万患者受益，造福于全球近500万帕金森病患者，脑深部电刺激从治疗震颤、帕金森病等运动障碍类疾病开始，逐渐拓展到强迫症等精神类疾病的治疗，并尝试用于植物人的唤醒，在NIH的临床试验网站上，全球已经注册了超过300项和脑起搏器相关的临床研究，未来有望在阿尔兹海默等疾病上带来突破。

最新一期的《新英格兰医学》上针对“拉斯克”奖的评述性文章，对此阐述得更加细致，在高度肯定两位获奖者的成就的同时，对其深远影响做了展望。其核心是脑深部电刺激的价值不仅仅是为帕金森病的治疗指出了一条新路，更主要的其“调控”大脑的思想为认识大脑，为干预治疗和神经相关的疾病开创了新的纪元！文章的题目和结束语都是“脑深部电刺激—让我们跨入了调控人神经网络的时代”，欢呼人类新的科技成就！

对于帕金森病患者来说，故事还没有结束，2013年，在新英格兰医学上发表了脑深部电刺激治疗帕金森病长期随访的结果，其结论是对于帕金森病患者来说，在药物的蜜月期结束后进行脑深部电刺激治疗相对于更晚期的治疗，会获得更好、更长的生活质量的改善。

在脑科学研究热火朝天的今天，脑深部电刺激更是成为热点和焦点，2013年，美国“脑计划”启动，其1亿美元经费的先导计划中，有7000万美元明确用于脑调控研究。作为第一个能够直接干预大脑的人工系统，它为脑科学和神经科学的研究提供了一个难得工具。今年《自然》报道了在脑深部电刺激的同时获取大脑信息的研究结果，对于我们认识疾病机制和大脑是如何工作的是一个颠覆性的进展，并评述为“第一次打开了大脑的一扇窗户” 。

我国的脑深部电刺激的临床起步并不晚，1998年在北京天坛医院开展了第一例手术，之后在全国各大医院陆续开展，由于脑深部电刺激器（也称脑起搏器）长期被美国一家企业垄断，高昂的价格让众多患者望而却步。我国有超过200万帕金森病患者，据2013年的统计数据，仅仅有6000多患者植入了脑起搏器。

在我国，研制患者能够承受的脑起搏器就成为广大患者的迫切需求。2000年，我国神经外科的奠基人之一、北京天坛医院名誉院长王忠诚院士（后来在2008年获得国家最高科学技术奖）提出希望清华大学的团队能够开展脑起搏器的研发工作，并期望脑起搏器应用于各种新的临床适应症研究。

经过10多年的努力，清华大学研发的国产脑起搏器经过大量的技术攻关、动物试验研制和临床试验，已于2013年获得了产品注册证，随后使用寿命更长的可充电脑起搏器也于2004年年获得了产品注册证，实现了王院士的夙愿。到2014年9月份，超过1000侧的清华脑起搏器植入了患者体内，标志着我国已经具有了深受临床欢迎的植入医疗装备。