使用大脑活动反馈的刺激技术自动化治疗脑部疾病

Graphical abstract. Credit: DOI: 10.1016/j.brs.2022.01.016

多年来，医疗从业人员一直使用经颅磁脑刺激(TMS)来治疗慢性疼痛和抑郁症等脑部疾病，但这种治疗的成功很大程度上依赖于手操作设备。芬兰阿尔托大学(Aalto university)的一个研究小组开发了一种方法，可以快速为任何人找到最佳的刺激。研究结果已在《Brain Stimulation》在线发布。

TMS 通过在头部放置一个线圈向大脑发送磁脉冲来工作。这些重复的脉冲，感觉就像在轻拍头部，可以改变神经元的交流方式——从本质上增强或降低它们相互交流的效率。许多脑部疾病，如中风和抑郁症，都与大脑某些部分的过度活动或活动不足有关。

多位点TMS在闭环TMS-EEG中的优势

上图a代替手动线圈操作(左)，多位点TMS(右)允许无延迟地对刺激参数(在本例中，刺激方向(中))进行调整。换能器由两个定制的重叠线圈(右上)组成。b在自动TMS-EEG靶向中，实时分析诱发的EEG反应，用于确定下一个脉冲的刺激参数，以最少的迭代次数找到最优的刺激参数。通过多位点TMS可以轻松调整刺激参数。重复循环，重复循环直到找到最佳刺激参数。

该项研究中，研究人员利用一种算法，在检测大脑电活动的脑电图 (EEG) 的帮助下，即时评估和调整刺激位置。研究人员展示了该方法如何根据测量的脑电图反应自动找到最佳刺激参数。

阿尔托大学的博士生、论文的共同第一作者Aino Tervo表示，“我们基本上是在每次脉冲后立即测量大脑中发生的情况。根据大脑在前几十毫秒或千分之一秒内的反应，我们的算法将实时调整下一个刺激脉冲的方式，因为我们可以快速找到最佳的刺激方向，因此该方法具有提高 TMS 治疗效果的真正潜力。

目前，TMS操作人员需要手动为每个患者的大脑找到最佳的刺激位置和方向，这是一项需要经过训练和经验的技能，但会带来各种各样的结果，而且速度很慢。例如，使用TMS，用户可以通过观察对患者手部运动或语言的即时影响来定位运动皮层或语言网络的区域，这对于准备脑部手术的外科医生来说是一项至关重要的功能。

左侧前SMA(受试者1)上TMS诱发EEG反应的方向依赖性

上图a在选定刺激方向的所有通道中TEPs的时间过程(−90°, 0°, 90°). 黑十字标记传感器中心相对于电极位置（a）的位置，以及相对于大脑解剖结构(b)的刺激部位。在b中，左侧额上回以红色突出显示。箭头的颜色和线条样式表示 a 和 d 中相应的刺激方向。

研究表明，计算机算法驱动的TMS-EEG反馈回路可以在1-2分钟内通过一组30-60个单独脉冲找到最佳刺激方向。相比之下，操作员自己解读信号可能需要10-20 分钟；将脑电图反馈添加到混合模式中可能会延长人工评估的时间。

阿尔托大学教授 RistoIlmoniemi 解释说，“我们最初认为可能是最好的刺激区域实际上可能不是最好的。我们需要信息来找到正确的位置。”

“该算法能够做的是计算我们可以在哪里获得最佳信息，以找到针对特定患者的最佳刺激，尽可能少的脉冲数。最大限度地减少脉冲的数量可以使搜索更快更舒适，”Ilmoniemi解释道。

本研究中使用的原型不是管理脉冲的单个铜线圈，而是有两个重叠的线圈，可以进行方向调整。研究人员表示，该项目旨在开发一个能够以毫秒级的时间间隔同时刺激大脑任何部分或多个区域的综合系统。

参考

https://medicalxpress.com/news/2022-02-brain-feedback-automate-technique-disorders.html

Aino E. Tervo et al, Closed-loop optimization of transcranial magnetic stimulation with electroencephalography feedback, Brain Stimulation (2022). DOI: 10.1016/j.brs.2022.01.016