Nat Bio Eng | AI与脑电刺激相结合形成闭环，解码意识并改善人脑功能

在一项新的研究中，研究人员将人工智能与有针对性的脑电刺激相结合，以表明有可能改善与自我控制和心理灵活性相关的特定人脑功能。这项发现来自波士顿马萨诸塞州总医院对12名接受癫痫脑部手术的患者进行的一项人体研究。癫痫脑部手术是在大脑中放置数百个微型电极来记录其活动并确定癫痫发作的来源。

这项研究首次表明，可以使用精确定向的电刺激可靠地增强与精神疾病相关的特定人类心理功能，并且内囊脑结构中有一些特定的亚部分对认知增强特别有效。最后，他们表明，作为控制器使用的闭环算法的效率是随机时间刺激的两倍。

这项工作发表在《Nature Biomedical Engineering》上的一篇题为“Closed-loop enhancement and neural decoding of cognitive control in humans”的文章中。

这项工作是由几个研究小组之间共同合作进行的，包括明尼苏达大学医学院精神病学助理教授Alik Widge医学博士，马萨诸塞州总医院癫痫研究专家Sydney Cash医学博士，以及临床脑刺激专家Darin Dougherty医学博士。他们一起确定了一个大脑区域——内囊——当受到少量电能刺激时，它可以改善患者的精神功能。大脑的这一部分负责认知控制，即从一种思维模式或行为转变为另一种思维模式或行为的过程，这一过程在大多数精神疾病中都会受损。

“一个例子可能包括一个患有抑郁症的人，他无法摆脱一种‘卡住’的消极思想。因为它是精神疾病的核心，找到一种改善它的方法可能是治疗这些疾病的一种强有力的新方法。”研究人员说。

研究小组开发了算法，这样他们就可以从患者的行为和直接从他们的大脑活动来跟踪患者在刺激后的认知控制能力。当患者在认知控制的实验室测试中表现较差时，控制器方法就会提供刺激。

“当患者遇到困难时，该系统可以读取大脑活动，并对其进行‘解码’，然后对大脑施加少量电刺激，以帮助他们克服困难。”研究人员说，“我经常用电动自行车来比喻。当有人踩踏板但遇到困难时，自行车会感觉到并增强它。我们已经为人类的心理功能做了类似的比喻。”

一些患者除了癫痫症外还有明显的焦虑症。当给予认知增强刺激时，他们报告说，他们的焦虑得到了改善，因为他们更能够将思想从痛苦中转移出来，专注于他们想要的东西。研究人员说，这表明这种方法可以用于治疗患有严重的抗药性焦虑症、抑郁症或其他疾病的患者。

“这可能是一种治疗精神疾病的全新方法。我们可以为患者提供一种工具，让他们控制自己的思想，而不是试图抑制症状。”研究人员说，“我们可以让他们回到驾驶座上，让他们感受到一种新的代理感。”

研究小组目前正在为临床试验做准备。由于改善认知控制的目标已经被FDA批准用于深部脑刺激，研究人员说，一旦试验获得正式批准，这项研究可以使用现有的工具和设备来完成，并且这种治疗可以迅速转化为当前的医疗实践。

“这些发现的美妙之处在于，我们现在能够进行临床试验，以进一步证明其有效性，并有望帮助那些迫切需要额外干预措施来治疗疾病的抗药性患者。”研究人员说。