隨著神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展，電刺激調(diào)控的應用也越來越廣泛包括于神經(jīng)康復再生、癲癇、老年癡呆、帕金森疼痛、抑郁、肥胖等神經(jīng)相關的疾病調(diào)控研究，作為傳統(tǒng)的應用于動物科研實驗上的電刺激系統(tǒng)目前主要有兩種方案，一種是直接采用有線連接，使用前先將刺激電極植入到體內(nèi)，通過導線插頭的形式與后端的刺激主機相連，由于是外部供電及刺激調(diào)控，所以不需要擔心長時間供電問題，但引線的加入會影響動物的舒適性，長時間佩戴必須要解決引線纏繞問題，也無法像正常動物那樣進行一些常規(guī)的行為訓練或其他技術(shù)的融合等。第二種刺激方案采用無線刺激模式，這種方案將刺激模塊小型化，使得可以整體植入到動物體內(nèi)，通過外部指令來給出電刺激，這種方案解決了帶線產(chǎn)生的問題，然而由于整體植入電路以及電池均在植入子里面，最小的植入子重量也基本在10g以上，對一些小動物如小鼠還是存在著問題，而且體積受限，電池的容量也不會很大，往往持續(xù)工作幾天電量就會耗盡，無法滿足那些長期慢性刺激實驗的要求。

為解決上述問題，科斗（蘇州）腦機科技團隊開發(fā)出一款商用極小化無線無源電刺激系統(tǒng)，植入子最小僅有1-2g，只需要做一個微創(chuàng)手術(shù)將電極植入到刺激位點，無線接收能量的部位埋置在皮下，使用中將植入后的動物放置在無線發(fā)射板上，指令以及能量均由面板提供，刺激時長、頻率、大小均由外部設備來控制，植入子可以結(jié)合各種刺激電極來使用，如cuff電極、柔性貼片電極、單雙通道金屬電極等，以適用不同的刺激部位的需求。

  無線無源刺激原理

該系統(tǒng)添加有外部接口，可以和其他如電生理、光遺傳、行為系統(tǒng)設備進行結(jié)合，進行更復雜的神經(jīng)環(huán)路問題的研究。

應用場景一：神經(jīng)再生。運動是由神經(jīng)調(diào)控，每年由于車禍或各種意外導致神經(jīng)損毀（包括中樞和外周神經(jīng)）而失去運動能力的人非常多，目前對于神經(jīng)損毀的問題，醫(yī)生能做的也只是將神經(jīng)重新連接，術(shù)后恢復的方法是給予被動式的訓練活動，但這種方式收效甚微。電刺激是能夠誘發(fā)神經(jīng)的傳導，理論上是可以將連接上的神經(jīng)打通信號通路，醫(yī)生也在手術(shù)中發(fā)現(xiàn)給受損傷的神經(jīng)附近進行電刺激更夠恢復一些能力，加快恢復時間，由此可見，若是對受損神經(jīng)進行長時間的慢性刺激或許就能將原先失去的能力恢復。2018年在Nature Medicine上的一篇文章也公開報道了在小鼠實驗中，通過植入這種無線無源的cuff刺激電極來促使神經(jīng)再生的實驗取得了良好的結(jié)果。研究人員們將帶有無線接受能量的cuff電極植入到了坐骨神經(jīng)受損的小鼠中，并以每小時1次的頻率進行電刺激，時間長達1天、3天、以及6天。治療后，科學家們又在接下來的10周里，追蹤神經(jīng)的恢復情況，并發(fā)現(xiàn)相比對照組，但凡接受電刺激的小鼠，其肌肉重量與強度都有顯著提升，表明小鼠的神經(jīng)功能與運動能力都恢復良好。更有意義的是，隨著電刺激的時間越長，小鼠的恢復速度也就越快。而且，這一植入子均采用生物可吸收材料生產(chǎn)，本身沒有帶來明顯的副作用，術(shù)后無需二次手術(shù)取出[1]。

植入模擬和實際圖

應用場景二：癲癇治療。癲癇是大腦神經(jīng)元突發(fā)性異常放電，導致短暫的大腦功能障礙的一種慢性疾病。據(jù)流行病學資料顯示，國內(nèi)癲癇的總體患病率為7.0‰，中國約有900萬左右的癲癇患者。癲癇是發(fā)作是由于神經(jīng)核團的異常放電引起，可以通過迷走神經(jīng)神經(jīng)調(diào)控手術(shù)來抑制癲癇發(fā)病。在做好的癲癇模型的動物上，將帶有無線供能的cuff電極埋置在動物體內(nèi)的迷走神經(jīng)上，通過外部設備如行為或其他電生理檢測設別識別到癲癇發(fā)作的信號，觸發(fā)刺激電極產(chǎn)生微電流，從而消除癲癇癥狀[2][3]。

應用場景三：抑郁癥治療。預計到2020年將成為第二大。抑郁癥的治療基本依靠藥物，然而藥物使用到后期會出現(xiàn)抗藥性以及其他副作用，所以人們也一直在尋求其他方面的治療手段，包括DBS腦深部刺激術(shù)。現(xiàn)在已有證據(jù)表明通過給與特定腦區(qū)的微電流刺激能夠減緩抑郁癥狀[4]，抑郁癥的動物模型已經(jīng)成熟穩(wěn)定，由于這種電刺激需要長時間治療，腦深部電極與無線無源刺激系統(tǒng)結(jié)合也是比較合適的解決方案。

無線無源電刺激系統(tǒng)實物圖

目前開發(fā)該系統(tǒng)的科斗腦機團隊已經(jīng)和華山醫(yī)院展開合作，進行了小動物的在體刺激實驗，該系統(tǒng)取得了預期效果，后續(xù)也將不斷豐富升級更多的功能。

[1] Koo, J., et al. (2018). "Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy." Nature Medicine 24.

[2] Delaloye, S. and P. E. Holtzheimer (2014). "Deep brain stimulation in the treatment of depression." Dialogues in clinical neuroscience 16(1): 83-91.