脑植入物在创伤性脑损伤后很长一段时间内恢复认知能力

2001年，吉娜·阿拉塔（Gina Arata）在大学的最后一个学期，计划申请法学院，当时她在一场车祸中遭受了创伤性脑损伤。这次受伤严重影响了她集中注意力的能力，她在分拣邮件的工作中挣扎。

“我什么都不记得了，”与父母住在莫德斯托的阿拉塔说。“我的左脚掉了下来，所以我总是被东西绊倒。我总是出车祸。而且我没有过滤器——我很容易生气。

她的父母了解到斯坦福大学医学院正在进行的研究，并联系了她;Arata被接纳为参与者。2018年，医生通过手术将一个装置植入她的大脑深处，然后仔细校准该装置的电活动，以刺激受伤所抑制的网络。

她立即注意到了其中的区别：当她被要求在杂货店的农产品过道上列出物品时，她可以嘎嘎作响地谈论水果和蔬菜。然后，一名研究人员关闭了设备，她无法说出任何名字。

“自从植入以来，我没有任何超速罚单，”Arata说。“我不再绊倒了。我记得我的银行账户里有多少钱。我不识字，但在植入后，我买了一本书，《 小龙虾唱歌的地方》，喜欢它并记住了它。而且我没有那么快的脾气。

对于Arata和其他四人来说，实验性的深部脑刺激装置在不同程度上恢复了他们多年前因脑损伤而失去的认知能力。这项新技术由斯坦福大学医学院的研究人员和其他机构的合作者开发，是第一个显示出对抗中度至重度创伤性脑损伤的长期损伤的希望。

临床试验结果于12月4日发表在 《自然医学》杂志上。

昏暗的灯光

超过500万美国人生活在中度至重度创伤性脑损伤的持久影响中，难以集中注意力，记忆和做出决定。尽管许多人恢复到足以独立生活的能力，但他们的残疾使他们无法重返学校或工作，也无法恢复社交生活。

“总的来说，这些患者的治疗方式很少，”神经外科教授、该研究的共同资深作者Jaimie Henderson医学博士说。

但是，这些患者已经从昏迷中苏醒并恢复了相当多的认知功能，这一事实表明，支持注意力和唤醒的大脑系统 – 保持清醒，关注对话，专注于任务的能力 – 相对保存。

这些系统将丘脑（大脑深处的中继站）连接到整个大脑皮层（大脑的外层）的点，这些点控制着更高的认知功能。

“在这些患者中，这些途径基本上完好无损，但一切都被下调了，”约翰和珍妮布鲁姆 – 罗伯特和露丝哈尔佩林教授亨德森说。“就好像灯光变暗了，只是没有足够的电力来重新打开它们。

特别是，丘脑的一个区域称为中央外侧核，充当调节意识许多方面的枢纽。

“中央外侧核经过优化，可以广泛地驱动事物，但它的脆弱性在于，如果你有多灶性损伤，它往往会受到更大的打击，因为打击几乎可以来自大脑的任何地方，”医学博士Nicholas Schiff说，他是威尔康奈尔医学院教授，该研究的共同资深作者。

研究人员希望对中央外侧核及其连接的精确电刺激可以重新激活这些通路，使灯光重新亮起。

精确放置

在试验中，研究人员招募了五名参与者，他们在中度至重度创伤性脑损伤两年多后出现持续认知障碍。他们的年龄在22至60岁之间，在3至18年前受伤。

挑战在于将刺激装置放置在正确的区域，这因人而异。每个大脑的形状一开始都不同，受伤导致了进一步的修改。

“这就是为什么我们开发了许多工具来更好地定义该领域，”亨德森说。研究人员创建了每个大脑的虚拟模型，使他们能够确定激活中央外侧核的位置和刺激水平。

在这些模型的指导下，亨德森通过手术将这些设备植入了五名参与者体内。

“精确定位该地区很重要，”他说。“如果你离目标只有几毫米，你就超出了有效区域。

开创性的时刻

经过两周的滴定阶段以优化刺激，参与者花了90天的时间每天打开设备12小时。

他们的进步是通过心理处理速度的标准测试来衡量的，称为“小径测试”，该测试涉及绘制连接杂乱无章的字母和数字的线条。

亨德森说：“这是对我们正在研究的事物的非常敏感的测试：集中注意力和计划的能力，以及以对时间敏感的方式做到这一点的能力。

在90天的治疗期结束时，参与者的测试速度平均提高了32%，远远超过了研究人员设定的10%的目标。

“唯一令人惊讶的是，它以我们预测的方式工作，这并不总是给定的，”亨德森说。

对于参与者及其家人来说，改善在他们的日常生活中是显而易见的。他们恢复了看似不可能的活动——看书、看电视节目、玩电子游戏或完成家庭作业。他们感觉不那么疲劳了，可以在不打盹的情况下度过一天。

这种疗法非常有效，以至于研究人员在完成研究的最后一部分时遇到了困难。他们计划了一个盲法退出阶段，其中一半的参与者将被随机选择关闭他们的设备。其中两名患者拒绝了，不愿冒险。在参与戒断阶段的三人中，有一人被随机分配关闭他们的设备。在没有刺激的三周后，该参与者在越野测试中的表现慢了 34%。

该临床试验是第一个针对中度至重度创伤性脑损伤患者大脑这一区域的临床试验，它为许多在康复中趋于稳定的人提供了希望。

“这是一个开创性的时刻，”希夫说。“我们现在的目标是尝试采取系统性步骤，使它成为一种疗法。这足以让我们尽一切努力。

来自威尔康奈尔医学院、波士顿斯波尔丁康复医院、哈佛医学院、犹他大学、佛罗里达大学、范德比尔特大学、华盛顿大学、波尔多大学和克利夫兰诊所的研究人员也为这项研究做出了贡献。

该研究得到了美国国立卫生研究院BRAIN计划的资助和威尔康奈尔医学院转化科学中心的资助。外科植入物由美敦力提供。