深层大脑刺激是如何起作用的

在20世纪50年代早期，医生发现，损伤或破坏大脑中的特定区域可以帮助治疗某些运动障碍。当与疾病有关的大脑区域受损时，症状通常会改善。很快，损伤手术成为减少帕金森病等疾病引起的运动控制问题的标准治疗方法。

不幸的是，损伤手术并不是一个理想的解决方案。它们并不总是能有效地减轻阴性症状，有时还会产生破坏性的副作用。损伤手术的主要问题之一是其效果无法消除;受损的大脑结构会被永久破坏。因此，不必要的副作用通常是不可逆转的。

20世纪70年代，一种治疗运动障碍的新药物问世。用这种新药治疗，叫做左旋多巴可以用来控制一些与病变相同类型的症状，但不需要进行危险的脑部手术。左旋多巴疗法很快开始取代病变手术，主要是因为它为患者提供的优势。其中一个好处是剂量可以根据个人需要进行调整。

然而，多年后，长期左旋多巴治疗发现了新的问题。大脑最终会补偿药物的影响。结果往往很严重。患者出现了新的运动控制问题，被认为比最初的症状更严重。

然后，在20世纪80年代末，一个新的发现被发现了。专家们发现，用无害的电脉冲刺激脑组织，也可以达到损伤脑组织造成的同样效果。这是一个令人兴奋的发现，因为电刺激的影响是完全可逆的。事实上，当刺激停止时，大脑会恢复正常行为。与药物治疗类似，医生可以根据每个病人的具体需要定制电刺激。与药物治疗不同，电刺激可以是局部的，这样只会影响大脑的特定部分。

在多年的实验基础上采用脑深部刺激(DBS)治疗，并观察到积极的治疗效果。2002年，美国食品和药物管理局(FDA)批准使用DBS治疗帕金森病等疾病。DBS仍然是治疗几种与帕金森病类似的脑部疾病的标准治疗方法。

在下一节中，我们将向您展示可植入DBS设备的外观，并了解每个部件的功能。

一种可植入的脑深部刺激装置将精心控制的电脉冲传送到参与运动控制的大脑精确目标区域。

礼貌的美敦力公司

一种可植入的深部脑刺激(DBS)装置主要由三部分组成电极,脉冲发生器和扩展．以下是该设备每个部分的设计功能:

的电极是一个小的尖状设备(想象一下一对耳机的插头)，它被植入到与疾病症状有关的大脑区域的深处。电极的表面有四个用来传输电脉冲的金属垫。这些电脉冲很小，只在电极的近距离内刺激脑组织。这使得电刺激只针对离电极植入位置最近的大脑区域。

的脉冲发生器(也称为刺激器)是一个小的盒形装置，它产生电信号并发送给电极。脉冲发生器通常被植入病人胸部附近的皮肤下。它包括一个电池它的寿命在2到7年之间。这些电模式是在频率非常高的快速开关脉冲中产生的——通常每秒超过100次。只有在这些高频率的刺激才能帮助减少不想要的症状。

植入脑起搏器的最后一个部件是扩展它只是一根绝缘电缆，将电信号从脉冲发生器传送到植入大脑的电极。让DBS设备的任何一部分穿过皮肤都会产生感染的风险，所以外科医生通常会在皮肤下从脉冲发生器到电极挖一条小通道。

患者通常会得到一个手持设备，使用磁铁通过皮肤和脉冲发生器交流。这使病人能够控制他或她所接受的电刺激的剂量。医生设定一定的刺激剂量范围，但患者根据自己的需要对设备进行微调。

现在您知道了DBS设备的组成部分，让我们看看它是如何产生预期效果的。

在我们继续之前，我们需要回顾一些关于大脑的事实。你可能已经知道，大脑被分为许多专门的区域，每个区域负责不同的任务。大脑中有一些独立的区域在控制肌肉运动、记忆甚至情绪方面发挥作用。大脑的这些独立区域共同工作以实现更大的目标。当受伤或疾病阻止任何一个大脑区域发挥作用时，更大的目标可能无法实现。

一个很好的例子是基底神经节．基底神经节是一组大脑结构，共同帮助控制身体动作。当运动在大脑中被计划和协调时，以脑电活动形式的信息在基底神经节的结构之间流动。每个结构都在修改和细化信息以帮助进行微调方面发挥作用肌肉运动。当基底神经节的任何部分受损时，正常的信息流动就会发生改变。广泛的运动控制问题往往是结果，如帕金森氏症。

为了找出深层大脑刺激的来源，让我们以基底神经节为例。

如上所述，帕金森氏症的影响破坏了贯穿基底神经节的正常脑电活动。植入DBS电极的目的是抵消这种不正常的大脑活动，以一种减少疾病症状的方式改变它。

电极通过瞄准基底神经节内的几个可能结构之一来实现这一点。对于帕金森病来说，这是最常见的丘脑核(STN)．植入STN的深部脑刺激电极发出电脉冲，改变其行为。通过改变STN的行为，电极最终改变了STN正常情况下影响的所有大脑活动。这使得DBS电极非常有影响力，因为STN是基底神经节中几个共同工作的结构之一。

听起来很简单，对吧?专家们还没有完全弄清楚的是DBS到底是如何影响它刺激的大脑结构的——尽管有几种可能的可能性。例如，DBS电极发出的快速重复的电信号可能会阻止不规则的大脑活动。在这种情况下，电刺激的效果可以被认为是一个门，阻止某些途径的损坏信息。另一种可能性是，来自植入的DBS电极的有规则的电脉冲模式会覆盖不规则的信息流。换句话说，深部脑刺激装置的电刺激掩盖了大脑活动的异常模式。

关于DBS如何达到效果的完整故事可能要复杂得多。很可能相同的脑深部刺激模式会以完全相反的方式影响相同大脑结构的不同部分。虽然DBS的机制还没有完全研究出来，但医生有足够的经验使用DBS，对其安全性和有效性有信心。

现在你已经了解了起搏器是如何工作的，让我们来看看它是如何被植入大脑的。

MRI扫描可以帮助外科医生准确定位病人大脑中的结构。

Luis Carlos托雷斯/iStockphoto

对外科医生来说，植入深部脑刺激装置最具挑战性的目标之一是安全地将电极植入大脑的精确目标位置。因为不是每个人的大脑形状都是一样的，在不干扰周围结构的情况下定位和访问特定的大脑结构的任务需要使用特殊的工具和技术。

用于最精密的脑部手术的标准工具是立体框架．这个设备基本上是一个金属结构，可以让病人的头部保持静止，给医生一个稳定的起点来进行测量。外科医生还将依靠复杂的成像技术来帮助确定大脑中特定结构的位置。例如，外科医生可能依赖磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT扫描)成像，它们都可以被松散地认为是三维的x射线扫描。

对外科医生来说，确保电极位置正确的最佳方法是打开设备，观察其对病人症状的影响。由于这个原因，在手术的电极植入部分，病人通常保持清醒。因为大脑本身没有疼痛受体，病人不会感到任何疼痛。只需要局部麻醉，就可以在颅骨上开一个小洞的地方进行麻醉。患者还将被要求在手术前停止使用所有药物。这一要求是为了使电刺激单独对疾病症状的影响能被观察到。

电极固定好后，脉冲发生器被植入病人身体的其他地方，那里有更多的空间。通常，这是在病人的胸部。由于病人不再需要保持清醒，所以将病人置于普通病房麻醉这部分的手术。手术的另一个步骤是在皮肤下穿过一根电线，将脉冲发生器与大脑中的电极连接起来。

手术后几天，医生打开深层大脑刺激装置，并根据病人的个人需求对其进行编程。电刺激模式的不同方面，如其脉冲强度、形状和频率，可以根据需要进行调整。患者还需要每隔几个月来一次，以便医生可以调整这种模式，以确保设备的最佳性能。

演员迈克尔·j·福克斯出席“治疗帕金森病的路上发生的一件有趣的事情”——为迈克尔·j·福克斯帕金森研究基金会举办的慈善晚会。

马修·佩顿/盖蒂图片社

DBS可能是最著名的用于治疗帕金森氏症的方法。著名演员迈克尔·j·福克斯(Michael J. Fox)透露了自己被诊断患有帕金森病的消息，让公众看到了帕金森病。特发性震颤和肌张力障碍是另外两种常用起搏器治疗的运动障碍。特发性震颤的特征是肌肉运动时的震颤，实际上是美国最常见的运动障碍。通常单独用药就足以治疗原发性震颤，但有时严重的病例需要DBS治疗。

肌张力障碍是一种导致不必要的肌肉收缩的疾病。值得注意的是，在肌张力障碍的情况下，DBS植入手术是不同的。由于肌张力障碍患者无法抑制头部和颈部的运动，这是他们的症状的一部分，在电极植入手术期间，患者必须处于全身麻醉。正如我们稍后将了解到的，这种情况会使正确的电极植入对医生来说更具挑战性。

帕金森病、特发性震颤和肌张力障碍都是通过基底神经节的DBS刺激可治疗的运动障碍。DBS也可用于基底神经节外的脑区，治疗因脑功能异常引起的其他疾病。DBS最常见的用途实际上是治疗慢性疼痛。

DBS在其他疾病的实验治疗中也显示了有希望的结果，包括图雷特综合症，多发性硬化症(MS)、抑郁症、癫痫症和强迫症。深部脑刺激疗法也存在着广泛的其他可能的未来应用。目前，脑起搏器正在探索的应用中，某些类型的头痛、抑郁甚至肥胖的治疗只是其中的一小部分。

我们已经看到了DBS设备的样子以及它可以治疗的情况，但是有哪些风险和副作用呢?

植入深部脑起搏器的手术费用昂贵，而且有潜在风险，医生只会推荐给某些患者。首先，病人必须身体健康，能够承受大手术带来的压力。

同样重要的是，要确保DBS治疗有良好的机会产生有效的结果。DBS将是一种有效的治疗方法的一个迹象是，如果患者的症状对药物治疗有反应。药物治疗与DBS在某些相同的大脑通路上起作用，所以如果药物有良好的效果，深度大脑刺激可能也有好处。

那么在什么阶段应该考虑深层大脑刺激呢?大多数专家认为DBS植入应该发生在药物治疗开始产生负面的副作用，但在患者开始经历生活质量的严重下降之前。生活质量有时是通过病人进行日常生活活动的能力来衡量的。

患者还必须对DBS治疗的结果有现实的期望。患者必须清楚，DBS并不能治愈他或她的病情，而是一种可能缓解病情症状的治疗方法。当然，患者也应该充分意识到植入DBS的风险和可能的副作用。

尽管DBS被普遍认为是一种非常安全的治疗方法，但任何重大手术——尤其是脑外科手术——都有一定的风险。其中一个主要风险是出血，或因血管损伤而引起的过度出血。大脑组织是非常脆弱的，在大脑中导航来植入设备是很有挑战性的。大出血造成严重损害的可能性很低，但如果发生大出血，由此产生的并发症可能是严重和永久性的。

感染是与DBS植入手术相关的另一个风险。感染引起的问题通常是轻微的，可以治疗的，但有时感染会导致严重的问题。另外一个值得一提的风险是设备的破损。延长线断裂或刺激电极运动是设备故障的两大主要原因。

DBS电极的电刺激引起的副作用因病人而异，通常包括轻微的感觉或运动控制问题。心理上的副作用可能包括情绪变化或感到抑郁。幸运的是，所有这些副作用通常是暂时的，或者可以通过关闭刺激来逆转。在大多数情况下，医生可以调整设备的电刺激模式，以尽量减少副作用。

如果你觉得这篇文章很有趣，想知道更多关于深层大脑刺激的知识，请点击下一页的链接。他们可以给你提供大量有用的信息。