Aalto 领导的团队正在开发新的经颅磁刺激 (TMS) 技术来治疗疼痛、抑郁和其他神经系统疾病。目的是更快和更有效的治疗。想象一下,慢性疼痛或抑郁如此严重,以至于没有药物可以缓解。

这种情况可能并不常见,但确实存在。对于有幸获得专业帮助的患者,治疗通常涉及不同疗法的组合。其中之一是经颅磁刺激(TMS)。

让电流脉冲进入您的大脑的想法令人不安,但该过程完全无痛。一个专门设计的电磁线圈放置在头部,以在大脑中感应磁场脉冲,进而产生电场和特定的神经反应。患者所感觉到的只是轻敲的感觉,就好像有人的手指反复触摸他们的头皮一样。

TMS 会话持续 15 到 30 分钟,在此期间患者接受 1,000 到 3,000 次刺激。根据所治疗的病症,调整频率以加快或减慢神经元的放电。

“你的大脑是一个产生电流的信息处理系统,”阿尔托大学神经科学和生物医学工程系主任Risto Ilmoniemi教授说 。“你的每一个想法,你执行的每一个动作,都会在你的大脑内部和周围产生磁场。它大约是地球磁场的十亿分之一。

'如果我们可以从外部测量大脑的磁场,那么物理学的逆原理意味着我们也可以从外部影响大脑。这就是我们可以通过使用 TMS 非常精确地确定大脑的哪些区域参与各种功能的方式,”Ilmoniemi 说。

自 1980 年代中期,Anthony Barker博士 和他的团队在英国谢菲尔德市创建了世界上第一个 TMS 设备时,经颅磁刺激一直存在 。从那时起,该技术已在世界范围内用于治疗慢性疼痛、抑郁症和其他几种神经系统疾病。

使用当今可用的技术,TMS 定位是一个耗时的过程。患者首先需要进行 MRI 扫描以绘制他们的大脑并确定刺激的大致目标区域。然后,TMS 操作员需要采取反复试验的方法,在患者头部周围移动单线圈 TMS 设备,以找到治疗的最佳位置、方向和强度。每次将线圈移动到新的目标区域时,都需要重复此过程。

这些是阿尔托大学旨在通过 ConnectToBrain 项目解决的一些 TMS 挑战。在欧洲研究委员会 1000 万欧元的资助下,该项目团队正在开发一种新型 TMS 设备和运行它所需的算法。

传统的 TMS 设备只有一个磁线圈,而 ConnectToBrain 团队开发了一种带有多个线圈的设备,允许在给定时间刺激大脑的多个部分。新的 TMS 设备还包括脑电图 (EEG) 功能,以便可以实时测量大脑的电反应。

大部分硬件和软件由阿尔托大学开发,而意大利的基耶蒂-佩斯卡拉大学开发信号处理和人工智能技术,德国图宾根大学致力于临床应用。验证实验在赫尔辛基大学医院的 BioMag 实验室进行。

ConnectToBrain 项目专注于治疗的两种疾病是阿尔茨海默氏症和中风。通过设置算法来实时读取来自患者大脑的信号,新的刺激器可以快速调整电脉冲的位置、方向、强度和时间,以更好地治疗这些情况。

“传统上,经颅刺激包括许多手动程序和操作者的决策,”阿尔托大学的 Aino Tervo 说,他是帮助开发新技术的博士生。“但是我们的新硬件可以快速将电刺激从大脑的一个部分转移到另一个部分,而无需操作员进行任何手动操作。” 我们还在开发让计算机做出决定的算法。

“将 EEG 与多位点磁刺激器结合在一起将有助于选择和刺激目标,”Tervo 说。'我们可以根据脑电图自动调整参数,使用多轨迹设备我们可以同时刺激两个不同的位置,或者间隔仅为一毫秒。如果我们只有一个线圈,这根本不可能。

“这项工作开辟了一个全新的临床和研究领域,因为我们可以同时刺激更多的大脑区域,同时还能更快地运行,”她说。

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Tervo 与专门治疗慢性疼痛患者的临床神经生理学家 Selja Vaalto博士密切合作 。当其他治疗(如药物)未能带来足够的缓解时,患者来到赫尔辛基大学医院的临床神经生理学系。虽然 TMS 不会对所有患者产生结果,但 Vaalto 说有 A 级临床证据表明它在大约 50% 的病例中有效。

“我们有患有复杂局部疼痛综合征的患者——一种非常难以治疗且可能具有抗药性的神经性疼痛,”她说。“这些患者最初接受为期两周的每日 TMS 治疗,如果证明有效,我们将进行每周一次的维持治疗,然后每月一次。”

“在治疗日,我们会刺激那些我们知道与某些疾病相关的大脑区域,”她说。'这会影响神经元之间的突触并增加受刺激区域的活动。从某种意义上说,我们鼓励神经元进行更多的交流。这会导致神经递质水平和内源性阿片类药物水平的变化。

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