《自然医学》杂志报道了这项试验，由威尔康奈尔医学院、斯坦福大学、克利夫兰诊所、哈佛医学院和犹他大学的研究人员领导。
这些发现为更大规模的DBS技术临床试验铺平了道路，并带来了希望：与创伤性脑损伤(TBI)后残疾相关的认知缺陷可能是可以治疗的，甚至在受伤多年后也是如此。
每天进行12小时的DBS刺激针对的是称为丘脑的大脑区域。经过三个月的治疗后，所有参与者在涉及精神控制的执行功能标准测试中得分更高，改善幅度从15%到55%不等。
参与者的注意力和其他执行功能的次要指标也显着改善。
根据一份描述参与者和家庭对试验的看法的报告，一些参与者及其家庭成员报告了生活质量的显着提高，包括工作和参与社会活动的能力的提高。威尔康奈尔医学院医学伦理学教授JosephFins博士领导了这项研究工作。
一位参与者在报告中表示：“保持注意力集中并忽略其他不重要的事情的能力对于生活中的很多事情来说非常非常重要。”“除非你第二次得到它，否则你永远不知道这是多么的祝福。”
研究共同资深作者尼古拉斯博士说：“这些参与者在几年到几十年前经历过脑损伤，人们认为任何可能的恢复过程都已经完成，所以我们很惊讶也很高兴地看到他们的改善程度。”Schiff，MD'92，威尔康奈尔医学院菲尔家族大脑和心智研究所神经病学和神经科学JeroldB.Katz教授。
“我们现在的目标是扩大这项试验，以确认我们的DBS技术的有效性，并看看它可以在多大范围内应用于患有慢性认知缺陷的TBI患者，”该研究的共同资深作者、约翰·杰米·亨德森博士说。和JeneBlume——斯坦福大学医学院神经外科系Robert和RuthHalperin教授。
认知起搏器?
美国疾病控制与预防中心最近的估计表明，仅在美国，每年就有超过20万人因TBI住院，6万人死亡，大约有500万美国人患有与TBI相关的长期认知障碍。
这种慢性残疾通常涉及记忆、注意力和其他认知缺陷以及相关的性格变化，这些都会损害个人的社会关系、工作能力和独立运作的整体能力。传统上，研究人员认为这些问题源于不可逆转的脑细胞损失，因此无法治疗。
然而，希夫的工作表明，特定脑回路(研究人员称之为“中脑回路”)的活动是TBI后注意力、计划和其他称为执行认知功能的能力缺陷的基础，并且这些功能可能至少部分受到影响。可恢复的。
称为中央丘脑的大脑区域通常充当这种认知回路的能量调节器。尽管该区域通常会因TBI受损，但通过DBS刺激它可能会恢复其活动，从而重新激活其所服务的认知回路。
“基本上，我们的想法是过度驱动丘脑的这一部分来恢复大脑功能，就像心脏起搏器恢复心脏功能一样，”希夫说。
在2007年的一项研究中，Schiff及其同事表明，针对中央丘脑的DBS显着改善了患有严重TBI的患者的认知和行为测量，该患者已处于最低意识状态六年。这一成功以及相关的临床前研究促成了这项新研究。
“每一天都是一场战斗”
这项新研究的参与者(四名男性和一名女性)在日常功能上重新获得了独立性，但由于三到18年前的创伤性脑损伤而导致执行功能方面的认知缺陷，导致他们无法恢复到受伤前的工作、学术学习和社交水平。活动。
“每一天都是一场战斗，尽管我努力保持乐观，”一名男性参与者在治疗前接受采访时告诉研究人员。“这不是我真正想要的生活质量。因此，我愿意抓住机会，甚至获得——如果我能获得5%或10%的提升。。”。
“尽管进行了数十年耗资巨大的研究，但我们在预防或减少TBI相关残疾方面几乎没有取得任何进展。我们的研究结果虽然是初步的，但表明DBS可以很好地改善慢性恢复阶段的认知功能，”帮助设计该试验并担任2007年研究的共同第一作者的神经心理学家JosephGiacino博士说。
贾西诺是斯波尔丁康复医院康复神经心理学主任、马萨诸塞州总医院神经心理学家和哈佛医学院物理医学与康复系教授。
手术
亨德森和他的手术团队为每个受试者植入了DBS电极，这些电极的位置可以刺激丘脑的一部分，即丘脑中央外侧核(CL)，以及相关的神经纤维束。
植入由每个受试者的脑成像(MRI和CT)引导。斯坦福大学BrianRutt团队开发的一种新算法对一种MRI进行处理，以提供CL和其他相关丘脑核团的高分辨率轮廓，然后将其与穿过这些核团的神经纤维束的3D图相结合。
DBS电极如何与CL神经元和神经纤维相互作用的计算机模型是由犹他大学的生物医学工程师ChristopherButson及其同事开发的，他们在研究期间就职于犹他大学。
“参与者特定的模型被用来制定术前手术计划并指导术后DBS编程，以最大限度地激活CL脑回路，同时最大限度地减少周围丘脑回路的激活，”现任Fixel研究所神经治疗学主席的Butson说道。。
“使用这种方法，我们能够将刺激集中在最有可能改善执行功能的区域。”
克利夫兰诊所神经学研究所所长、神经外科医生安德烈·马查多(AndreMachado)博士此前曾与希夫合作对最低意识参与者进行DBS研究，他也在这项新研究中帮助开发了手术程序。
马查多说：“在遭受毁灭性损伤后，针对大脑的特定部位进行治疗是很复杂的，因为每个人都会以不同的方式受到创伤的影响。”“这项研究的成功是多机构、专业合作以及许多团队联合起来解决医疗保健差距的成果。好的科学就是这样发生的。”
在每个参与者中，来自丘脑刺激电极的电线被放置在皮下，连接到植入上胸部的电池组和控制器——同样，就像心脏起搏器一样。
试验达到安全性和有效性目标
从植入手术后两到三个月开始，研究小组测试了每位参与者的DBS，微调刺激信号并检查副作用。
在最初的测试阶段之前，最初的六名参与者之一经历了头皮感染，她的DBS电极被移除，并退出了研究。但其他五人因手术或DBS刺激而出现轻微或没有副作用。
“在这一点上，我可以放心地说，就刺激的副作用而言，这个丘脑目标确实是相当良性的，”亨德森说。
经过微调和安全检查期后，五名参与者每天接受DBS治疗12小时，信号在晚上关闭。疗效的主要衡量标准是参与者在称为试验测试B部分(TMT-B)的标准执行功能测试中从手术前到90天治疗窗口后的评分变化。研究人员预设的具有临床意义的改善阈值是TMT-B评分提高10%。
事实证明，五名参与者中的每一位都超过了这一门槛。尽管感知和测量的治疗效果各不相同，但一些参与者及其家人报告了改变生活的结果。一位母亲在治疗后报告中告诉调查人员，“我让我的女儿回来了……这是一个奇迹。这对我们来说意义深远。”
亨德森说，即使是现在，研究完成几年后，所有五名参与者仍然拥有DBS植入物，其中一些还装有新电池。
展望未来
对研究人员来说，研究结果表明，针对丘脑的DBS有可能显着提高许多中度至重度TBI患者的认知功能和生活质量。
他们现在计划进行一项25至50名参与者的2期临床试验，以优化治疗，确认其安全性和有效性，并更好地了解最适合该治疗的TBI患者类型。如果试验进展顺利，接下来将进行更大规模、更具结论性的第三阶段研究。
“前面的路很长，但至少我们有一条路，”希夫说。