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胡小吾 三甲
胡小吾 主任医师
上海长海医院 神经外科

脑起搏器——大脑芯片治疗中枢神经系统疾病的第一步

上海长海医院神经外科,临床神经医学中心,胡小吾教授

大脑芯片是指在生物大脑中植入电子芯片,以达到影响或控制其行为的目的。这听上去像天方夜谭,但实际上,早在1950年胡塞·戴尔卡多就尝试在人类身上进行此项操作:通过轻微刺激人脑的某一部分而改变人的情绪,甚至控制人的一条胳膊或腿。最终这项实验因为有悖伦理而终止。但从此之后,用电流刺激大脑的方法被证实可以用来治疗某些疾病。例如,始于30多年前的人工耳蜗植入术可以令一些失聪的人恢复部分听力。而近20年这一领域的研究又重新成为热点并取得重大进展,脑起搏器(脑深部电刺激术的俗称)就是这个领域取得成就的最好佐证,成为大脑芯片治疗中枢神经疾病的第一步。上海长海医院神经外科胡小吾

细胞是大脑的基本构成单位,细胞生物电现象是细胞的基本功能之一,人的各种活动都离不开神经细胞的电活动来实现。在正常状态下,大脑的神经细胞放电处于相对平衡。但在疾病状态下,细胞兴奋性发生改变,出现异常放电,而表现各种临床症状。脑起搏器是在脑特定的神经核团植入电极,对神经核团进行电刺激,掩盖神经网络原来不规则的病理性放电,使其“改邪归正”,但具体治疗机制目前还不很明确,可能是以下多种机制综合所致:刺激抑制了神经元细胞体兴奋性,兴奋了神经元轴突和传导束;改变神经递质合成和释放,兴奋黑质纹状体束引起多巴胺释放;改变神经网络放电的动力学;改变神经元可塑性,对神经元有保护作用。

  目前应用的脑起搏器由植入脑内的刺激电极、埋在胸前皮下的脉冲发生器和连接刺激电极和脉冲发生器的皮下延伸导线组成。脑内电极质地柔软,直径1.27毫米,电极头端有四个刺激触点,供刺激选用。脉冲发生器怀表大小、类似于心脏起搏器,为整个系统的核心部分,持续发出高频脉冲电刺激,通过皮下延伸导线传递到脑内电极。脉冲发生器电池容量是一定的,如电池耗完,还需要更换脉冲发生器。整个刺激系统均埋在皮下,不影响日常工作和生活。我们可根据病情通过体外电脑程控仪选择不同的刺激触点、电压、频率及脉宽等参数,以达到最佳刺激效果,调节时患者无任何痛苦。脑起搏器作为一种神经调控最常用的工具,在以下疾病治疗已取得重大成就。

    帕金森病

帕金森病是中老人的中枢神经系统变性疾病,病因仍然不明,但发病机理已基本明确,脑内某些神经核团异常兴奋是其核心。药物治疗是帕金森病的最基本治疗,但随着病情发展,症状会愈来愈重,药物疗效越来越差,并且出现严重的毒副作用,到这个阶段,患者十分痛苦,吃药也不行,不吃药更不行。因此,这部分患者需要外科手段消除神经核团异常兴奋,解除症状。脑起搏器已被公认为目前世界上最好的外科治疗方法,也是近四十年来帕金森病治疗的最大进展。在帕金森病人群中,10%-20%患者适合脑起搏器治疗,目前全球上已有9万帕金森病患者接受脑起搏器治疗,在美国帕金森病脑起搏器治疗覆盖率已达8%;但在国内覆盖率仅占0.1%。我们医院神在2000年就已开展脑起搏器手术,至今已成功治疗300余例患者,效果满意,没有发生脑出血等严重并发症。那么,那些患者适合安装脑起搏器治疗呢?目前认为对症状明显、药物治疗效果不理想、或药物副作用较大,没有严重的心肺疾病的中晚期帕金森病患者均适合脑起搏器治疗。脑起搏器治疗术后患者震颤、僵硬、运动迟缓、剂末运动不能、开关现象及步态冻结等症状可长期大大缓解,同时也延长药效时间,明显降低帕金森病药物剂量。

特发性震颤

特发性震颤常有家族史,故又称为原发性震颤、遗传性震颤或家族性震颤,其临床特点是以震颤为唯一症状。尽管在其病因、发病机制、临床特征、诊断与治疗诸方面进行了大量研究,目前药物治疗无非常有效办法,但脑起搏器治疗可以取得立竿见影的效果,震颤控制程度达80%-85%以上,并且长期效果稳定,副作用小。因此脑起搏器可以认为是特发性震颤的特效治疗方法。临床上特发性震颤患者比较常见,但大多数患者症状比较轻,病情较稳定,因此症状明显的特发性震颤患者可选择脑起搏器治疗。

肌张力障碍

肌张力障碍是一组以持续频繁的肌肉收缩导致的扭曲、重复运动或者姿势异常为特征的临床综合症,可累及躯干任何部位,以颈、胸、腰、足部多见。根据肌张力障碍肌肉累及的范围,分为局限性和全身性,前者有痉挛性斜颈、眼睑痉挛、书写痉挛、痉挛性构音障碍、梅杰氏病,后者有扭转痉挛。原发性肌张力障碍的发病原因与遗传易感性有关,继发性肌张力障碍的病因有药物引起、围产期脑缺氧、精神因素、脑外伤及脑炎等。目前肌张力障碍治疗方法有口服药物、肌肉注射肉毒素、椎管内注射巴氯分和外科治疗等。但是按循证医学标准,只有肉毒素对颈部肌张力障碍和大剂量苯海索对节段性和全身性肌张力障碍有效。近年来,脑起搏器治疗原发性肌张力障碍取得了令人鼓舞的结果:绝大多数患者取得长期的明显效果且副作用在可接受范围,在运动障碍改善的同时生活质量大大提高,并得到循证医学证据,因此,脑起搏器目前被认为是肌张力障碍治疗的最大进展。

强迫症抑郁症

强迫症在人群中的发生率达2%-3%,并且25%~30%为药物难治性。目前认为其发病机制是皮层-纹状体-丘脑-皮层环路兴奋性异常引起。脑起搏器治疗强迫症已有12年历史并取得一定疗效,但目前仍然处于实验性研究阶段,主要是刺激最有效靶点和刺激参数有待于进一步研究。抑郁症也是常见的精神疾病,20%抑郁症是难治性的。已证实抑郁症患者脑扣带回代谢降低。脑起搏器刺激可改善扣带回代谢情况。目前抑郁症脑起搏器治疗成功的报道越来越多,但治疗靶点和适应证还不统一。

抽动秽语综合症

抽动秽语综合症是指以不自主的突然的多发性抽动以及在抽动的同时伴有暴发性发声和秽语为主要表现的抽动障碍。男性多见,男女之比为3:1,90%以上于2-12岁之间起病。抽动秽语综合症病因目前尚不十分明了,患者往往存在多种共病情况,如注意多动缺陷障碍、强迫障碍、行为问题等。最近有一系列报道脑起搏器治疗有效,抽搐下降66%。脑起搏器治疗抽动秽语综合症适应证有:年龄超过25岁,明确诊断,症状严重,并且以抽搐为首发症状,经多巴胺拮抗剂、心里治疗和试验性用药治疗无效或效果差或副作用大的患者可以选择脑起搏器治疗。

癫痫

困扰全世界5000万人的癫痫症是由大脑中电活动的不断干扰造成的。大多数癫痫患者可通过服用药物防止癫痫症,一些患者需要进行手术,切除大脑中导致癫痫病发作的部位。然而在美国有250万人被诊断患有癫痫症,药物或手术切除治疗对其中的20万人都不起作用。目前脑起搏器也尝试癫痫治疗,经随访,患者发作次数有不同程度减少。通常的脑起搏器是按设定程序对靶点进行恒定刺激,但目前国外已研制出反馈式刺激的脑起搏器,它能在第一时间感应到癫痫发作前的脑细胞异常放电,立即做出反馈,产生一组脉冲放电,干扰抑制其异常放电,阻止癫痫发作。这种反馈式刺激的脑起搏器治疗癫痫已在美国开展多中心研究,此项成果有可能为癫痫治疗带来划时代改变。

植物人和老年性痴呆

2007年8月英国出版的《自然》杂志上,公布了世界首例成功利用脑起搏器唤醒植物人的手术。报道称,美国医学人员为一名大脑受到严重损伤、昏迷了6年的男性病人在大脑内植入脑起搏器后,这名病人可以说话、梳头、刷牙、和家人玩纸牌,并能进行简单的肢体运动。从此之后国内外均开展脑起搏器催醒植物人手术,并取得一定成功,但确切效果有待于多中心研究结果。老年性痴呆是进行性加重的神经变性疾病,但最近也认为存在皮层和皮层下电信号整合异常。脑起搏器治疗可改变电信号异常整合,已有成功治疗的个案报道。

其他疾病

脑起搏器也在肥胖、精神性厌食、药物成瘾、严重的头痛等疾病治疗取得一定进展。

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