用光刺激来调节脑电波的系统

研究人员开发了一种利用光刺激来调节脑电波的系统。这为探索癫痫、帕金森氏症和偏头痛等疾病的可能治疗开辟了新的途径。

该团队设计了一个含有led的小型植入物，它被放置在大脑中，直接向大脑传输光。与此同时，大脑中的细胞被改变了基因治疗，使它们对光敏感。

在今天出版的报纸上自然生物医学工程CANDO团队(用光遗传学控制异常网络动力学)证明，他们的技术成功抑制了类似癫痫发作的异常脑电波。

这种闭环视神经刺激技术可能适用于治疗神经障碍，也可能对改变注意力和睡意状态有影响。

在计算机模型、小鼠大脑切片和两只被麻醉的灵长类动物身上测试了原理研究的证明。

对抗中断的脑电波

在大脑中，神经细胞产生有节奏的活动或“脑电波”。在许多神经系统疾病中，这些节律被打乱，产生异常的活动模式。例如，在癫痫中，异常活动通常会局限于一个小的“焦点”，然后扩散导致癫痫发作。

在研究中，有一些大脑细胞通过基因疗法使它们对光敏感，这被称为光遗传学。然后，植入物通过电极持续监测脑电波，并通过激活led提供精确的时间刺激。

由于光不会干扰敏感的电记录，研究团队能够开发出一种“闭环”控制大脑活动的方法，在这种方法中，活动模式被持续监测，控制精确定时的光以连续反馈回路的方式传递到大脑。纽卡斯尔大学生物科学研究所的安迪·杰克逊教授领导了这项研究，他解释说:“这个闭环系统有点像在弧线上的不同点推动秋千，它让我们可以增强或抑制脑电波。”

通过这种方法，研究小组能够调节异常脑电波模式的强度，换句话说，降低癫痫发作的严重程度。

杰克逊教授说:“我们已经能够证明，使用植入的led可以有效地调节非人灵长类动物的局部大脑活动。

“这是一项重要的进展，因为使用小型植入物来调节大脑的异常活动，开辟了一种可能的替代治疗方法。

“虽然我们的项目专注于癫痫，但这一进展提供了一种增强或抑制特定频率脑电波的方法，这可能有助于理解和治疗其他疾病，如阿尔茨海默氏症和帕金森症。”

光遗传学

光遗传学是一种自然发生的基因疗法光敏蛋白质研究一种叫视蛋白。这些蛋白质存在于所有类型的生命中，在光线照射下会改变形状。事实上，是我们眼睛里的视蛋白使我们能看见东西。

视蛋白有很多种，有些在细胞内外之间形成通道或泵。用光照射这些视蛋白会使带电原子或离子进出细胞。带电离子的流动产生电流，这对脑细胞之间的交流起着关键作用。视蛋白可以用来打开或关闭交流，从而影响大脑活动的模式。

虽然我们眼睛里的视蛋白使我们能看见东西，但它们并不自然地在大脑里产生。要使用视蛋白治疗癫痫，我们需要一种方法将它们安全地引入大脑中的特定细胞。现在基因治疗技术使这成为可能。

基因治疗

早在1966年，科学家们就认识到病毒具有将基因传递到细胞中的特性。病毒是一种小的传染性因子，需要另一个活细胞进行复制。病毒进入细胞，引导细胞自身的机制复制自己，导致感染扩散。

相比之下，基因疗法中经过修饰的病毒载体会复制视蛋白等有用的蛋白质。它通过向细胞中引入一段新的基因密码来实现这一目的，该基因密码包含了制造基因的指令视蛋白．重要的是，此代码不包含制造更多病毒的指令，因此，病毒载体不具有传染性，不能传播。此外，只植入脑细胞的遗传物质不会遗传给未来的孩子。

光遗传基因疗法已经在人类身上进行了试验，将其作为治疗失明的一种潜在治疗方法传递到眼睛。但在任何光基因疗法在人脑中进行测试之前，必须证明病毒载体和视蛋白是无害的，CANDO团队在目前的啮齿动物研究中继续关注其长期安全性。

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