人腦打開一扇窗  全球首個透明塑膠顱骨植入物

編譯/高晟鈞

人類大腦活動的可視化對於理解正常和異常的大腦功能極為重要,但目前可用的神經活動記錄方法具有高度侵入性、靈敏度低且無法在手術室外進行。科學家們成功開發的「植入性聚合物顱骨」,作為腦外傷後顱骨重建的一部分,可以使用功能性超音波成像來測量成年人的大腦活動,有望成為評估神經功能與疾病的新方法。

透明塑膠顱骨植入物取代了為緩解大腦壓力而被移除的部分頭骨。圖取自 iflScience

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因緣際會

自願參加這項開創性研究的患者名為Jared Hager,39歲,在 2019 年的一次滑板事故中遭受了創傷性腦損傷(TBI),必須透過手術切除部分頭顱,給予組織癒合時所需的膨脹空間。

然而,由於Covid-19期間所造成的延誤,Jared在兩年多的時間內都無法安裝修復頭骨的義肢。在等待手術期間,海格自願參加凱克醫學院教授兼南加州大學神經恢復中心主任Charles Liu與Jonathan Russin一個有關功能性超音波成像fUSI研究項目。

功能性超音波成像

功能性超音波成像(fUSI)是一種新興技術,可提供靈敏、大規模、高解析度的神經成像,相比於MRI掃描技術,更便宜、舒適度更高也更方便。

由於TBI患者經常出現神經系統問題,因此利用fUSI監測大腦獲取功能訊息,以防止併發症發生,主動且安全地提供治療極為重要。然而fUSI無法透過成人頭骨進行,對此研究團隊使用聚合物顱骨替代材料,來創建大腦與超音波成像間的橋樑。

聚合物顱骨

聚合物頭顱骨植入物由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製成,厚度約為4毫米,同時具有恢復腦損傷與利用超音波收集大腦頂葉與運動皮質訊息的功能。儘管透過這種方式進行的fUSI保真度會一定程度的下降,但仍然足夠高。與其他需要將電極植入大腦的腦機介面平台不同,這種平台的採用障礙要小得多,長遠來看對於患者可能更好。

目前團隊已經完成了一些建模、動物與人體實驗,嘗試不同類型的植入物並磨練fUSI參數,以獲得最佳結果。下一步,研究團隊將針對具體的功能訊息目標,以及如何利用它來制定未來研究。

資料來源:iflScience

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