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斯坦福大学测试“减肥脑芯片”,想吃东西就电你

作者: 文章来源: 点击数: 更新时间:2019年08月20日

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  编辑/小芹、金磊

  来源:新智元(ID:AI_era)  

  【新智元导读】近期,六位病态肥胖患者参与了斯坦福一项特殊的减肥实验——芯片植入大脑,灭掉贪吃念头!当他们想吃东西的时候,这个芯片就会适量放电,打消进食的欲望。

  减肥坚持不下去?试试这款芯片吧。

  “管不住嘴”可能是减肥过程中非常煎熬的一件事情。而近期斯坦福大学的一项研究就从根源控制住了这一问题——芯片植入大脑,灭掉贪吃念头

  六名病态肥胖患者同意并参加了这项临床试验,他们自愿测试一种新的大脑芯片,当他们想暴饮暴食时,这种芯片就会对他们的大脑产生刺激

  这种芯片被称为反应性神经刺激系统(RNS),是由医疗技术公司NeuroPace开发的。其目的是帮助治疗癫痫患者。一旦植入大脑,它就会追踪大脑活动,不断监控大脑的运作方式。

  不过,《美国国家科学院院刊》(PNAS)最近发表的一项研究表明,同样的技术也可以用来阻止暴饮暴食的模式。

  在接下来的五年里,有六个人将在大脑中植入RNS芯片18个月。为了符合这项研究的要求,受试者的体重指数超过45,并且没有通过胃旁路手术或认知行为疗法来减肥。

  也就是说,身高170cm的成年人,体重需要到达130公斤以上才可以参与这项实验。

  该芯片已在小鼠身上成功测试。该装置嵌入大脑伏隔核(NAc)区域,与进食密切相关。

  电刺激老鼠可有效控制“食欲”,有望治疗肥胖症状

  正如上文所述,这项实验在小鼠身上已经成功测试。

  论文地址:

  https://www.pnas.org/content/115/1/192

  在这项研究中,研究人员记录了来自小鼠NAc(伏隔核)的局部场电位,发现1-4Hz振荡的功率可以有效的出发神经刺激,从而减少小鼠进食的行为。

  而在研究过程中,人类的NAc也出现了类似的振荡,因此研究人员认为这种方法可以在人类身上做尝试并对一些疾病起到控制的作用。

  冲动性是许多大脑疾病中最普遍和最具致残性的特征之一。

  在预期奖励刺激期间,NAc的响应性增强易于出现冲动行为,这可能对适应不良行为的发展产生严重影响。

  值得注意的是,在预期的短暂窗口期间,已经在多项研究表明了了电生理学、神经化学和功能性神经成像相关性。这些相关性就有可能为治疗提供对时间敏感的干预。

  最近,一种反应性神经刺激(RNS)系统被美国食品和药物管理局批准用于部分发作性癫痫的辅助治疗。

  这种颅内闭环系统已被证明能够检测癫痫样活动,并通过响应性地将电刺激直接传递到癫痫发作区来阻止癫痫的传播。

  在这里,我们研究了RNS在接受高回报刺激之前进行干预的可能性,考虑到该系统的可用性,这一工作具有直接转化潜力。

  研究人员发现,电刺激老鼠的NAc预期食物奖励有效地减弱暴饮暴食的行为。然而,为了使用自动刺激系统“关闭循环”,预期生物标志物的鉴定、表征和改进是关键的后续步骤。

  实验和结果

  小鼠NAc中,Delta-Range场电位的增加先于暴食行为

  将多电极阵列植入小鼠NAc,如图1 A-D所示。在1周的恢复期后,这些小鼠被安排每天暴露在高脂肪(HF)环境下1小时,该方案已知会诱发暴饮暴食行为。

  根据先前关于奖赏预期期间不同种类的NAc细胞放电变化的报告,小鼠在接触HF食物前2小时、1小时和1小时内每日记录NAc LFPs。所有小鼠在第10天达到稳定的暴食标准。在HF摄入前第0天和第10天对小鼠进行了NAc LFPs的功率谱密度分析。

  图1:动物实验原理图,组织学,电极设计,高脂肪(HF)摄入的概览。(A)实验设计的示意图,植入电极的位置;(B - D)显示植入物位置的组织学检查,8个接触点的多电极阵列的设计,其中6个是指定的记录接触(蓝色 / 绿色),2个是指定的刺激接触(红色);(E - G)每天 1 小时 HF 暴露,第 10 天出现稳定的暴饮暴食行为,表现为每日HF摄入量显著增加。

  作为对照,在小鼠食用标准食物之前立即进行相同的分析(图2 a - c)。

  图2:原始局部场电位(LFPs)、功率谱密度、伏隔核(NAc) LFPs时频分析、脉冲功率表征、RNS设置系统框图。

  如上面的视频所示,在小鼠的 HF 摄入之前立即检测到 NAc 中的Delta-band活性。

  LFPs 中最强的变化是在 HF 摄入之前的第 10 天发生暴食后,极低频delta振荡中的功率增加(图2D - H)。

  总之,这些结果表明,在暴食的小鼠中,从 NAc 记录到的 LFP 中delta功率的增加发生在 HF 摄入之前,因此可能是触发 RNS 的一种有用的生物标志物

  Delta 振荡作为 RNS 的生物标志物

  图3:在小鼠每日 1 小时高脂肪(HF)暴露期间的干预期的示意图,以及不同电刺激方案对HF摄入的结果。

  如下面的视频所示,由delta-band活动触发的 RNS 成功地抑制了小鼠类似暴食的进食行为。功率谱中的红色虚线表示触发 RNS 的功率阈值。

  在奖励预期期间,人类NAc的fMRI活动和Delta振荡

  因为在手术室里不能提供食物奖励,我们只能通过一项完善的神经成像任务来诱发对金钱奖励的预期。

  在每一次任务中期的测试中,受试者都会看到一个视觉提示,表明他们将获得或避免失去一个明确的金钱奖励(奖励或惩罚)。

  这项任务允许研究人员区分不同阶段的奖励处理神经反应,包括奖励预期和结果,如图5所示。

  图5:在人类受试者的货币激励延迟(MID)任务期间记录的功能性神经成像和局部场电位(LFP)的示意图。

  研究人员表示,该研究结果提供了初步证据,证明 RNS 具有治疗顽固性行为障碍的潜力,这些行为障碍以前未被认为可以通过神经外科手术方法治疗,包括饮食失调,甚至肥胖和成瘾。

  原文链接:

  http://www.ladbible.com/news/news-chip-invented-to-zap-obese-peoples-brains-when-they-want-to-eat-20190814

  论文地址:

  https://www.pnas.org/content/115/1/192

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