DARPA想用电光声磁全方位刺激你的神经

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Illustration: Getty Images

中国科学家屠呦呦因发现治疗疟疾的青蒿素获得了诺贝尔奖。但是,将人体看成一个化学系统,并用药物来治疗疟疾,听起来也太20世纪了。那么,21世纪的医学应该是什么样呢?也许,医生们应当把人体看做一个电子系统,开出的处方旨在改变在神经系统中奔驰的电流脉冲。

这就是DARPA最新的生物医学项目的前提。ElectRx计划的目标是调节周围神经系统,以治疗疾病。周围神经系统是向周身器官和肌肉发送指令的神经系统,也能将感官信息传回大脑。

10月5日,DARPA公布了ElectRx计划资助的7个项目。他们选择的科学家都进行着非常基础的研究,因为电子医药依然是一个很前沿的概念;他们正在研究如何激发神经的机制,并为对刺激做出反应的神经路径绘制图谱。他们还在研究诸如慢性疼痛、创伤后应激障碍和炎症性肠病等疾病的治疗方法。

他们提出的刺激方法十分多样,除了用电极刺激外,还会使用声、光、磁场的脉冲。3个研究团队电刺激的对象是迷走神经,将影响诸多不同的身体部位。 只要你看一眼解剖图,就能明白迷走神经的重要性。迷走(vague)在拉丁语中是「游荡」(wandering)的意思,名副其实,这种神经在胸部和腹部游走,将重要的器官(包括心脏和肺部)与脑干连接起来。它就像人类生理学的一扇后门,让你能够「黑」入身体系统。

光刺激的研究来自于一家初创公司Circuit Therapeutics。这家公司的联合创始人是光遗传学发明者之一、斯坦福大学的 Karl Deisseroth。光遗传学是一种新技术,可以将光敏蛋白植入到神经元中,然后用光脉冲来「开启」或「关闭」这些神经元。在DARPA的资助下,研究者们将尝试用光脉冲来改变包括神经性疼痛在内的神经回路。

那么,如何用声波来调节神经系统呢?哥伦比亚大学的Elisa Konofagou将使用某种神秘的超声波技术。她解释说,人们早就已经知道,超声波可以用来刺激神经元,但有了DARPA提供的资金,她希望能弄明白它的工作原理。她的假说是:当超声波在生物组织内传播时,它会对组织产生机械压力,这将刺激神经元中的某些力敏感通道,将他们「开启」。

还有一个项目是用磁场来调节神经元。他们使用了一种叫做「磁遗传学」(magnetogenetics)的技术。

Polina Anikeeva领导的MIT团队将热敏感蛋白植入神经元中,接着部署一些磁性纳米颗粒,附着在神经元的表面。当它们暴露在磁场中时,这些纳米颗粒就会加热,并激活它们所附着的神经元。

弄清楚如何用这些方法来改变神经系统的行为,将是一个了不起的成就。但是在DARPA的世界里,这只是第一步。下一步,他们想要建立一个「闭环」系统,不仅能随时监测疾病生物标记物,还能用神经刺激做出反应。这些闭环系统的目标是,让医生能够将自己的专业知识——评估病人的状况并相应地调整治疗计划——装进植入设备中。  

本文由机器之心编译出品,原文来自IEEE,作者Eliza Strickland,转载请查看要求,机器之心对于违规侵权者保有法律追诉权。

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