Synchron的导管输送技术可以使脑机接口技术比目前最主要的选择——开颅手术——更简单、更安全、更容易使用。
Synchron公司的官员们——导管输送的Stentrode脑机接口(BCI)植入物的开发商——相信他们是唯一一家通过植入血管来捕捉大脑信号的BCI公司。
他们说,他们已经使一小群瘫痪的渐冻人症患者能够用意念控制电脑,并希望有更多的技术应用。
不久之后,这家总部位于纽约的公司发布了一项植入物安全性研究的新结果同步公司神经科学主任彼得·柳接受了采访医疗设计及外包关于镍钛诺支架植入以及导管输送如何使脑机接口技术比主要的替代方案:开颅手术更简单、更安全、更容易获得。
Yoo在一次采访中说:“与非常专业的手术类型相比,导管输送的新方法增加了能够提供我们设备的医生的数量。”“我们使用的技术是由中风医生执行的标准血管造影程序和其他神经介入技术。我们希望这将有助于这项技术的推广和使用,它可以更便宜,更容易为有需要的患者提供服务。”为了空间和清晰起见,以下对话经过了编辑。
MDO: BCI技术是如何发展到今天的?
柳:BCI已经走过了一段旅程。它已经酝酿了几十年,但还没有完全转化为现实生活中的患者。这在很大程度上是一个工程问题,因为人们需要为进入大脑或进入头骨来记录这些高保真信号铺平道路。技术的另一方面,用户体验、用户界面、软件和产品的商业化方面,最近已经在很大程度上进行了研究。这个地方现在移动得很快。最初的重点主要是试图恢复身体的灵活性——外骨骼控制和机器人肢体——但大部分空间已经转向控制数字设备。智能设备基本上无处不在。我们正在努力抓住所有这些及时的方面,以创建我们的第一个商业BCI产品,可以对患者的家庭产生影响。这就是Synchron真正关注的,不仅仅是一个工程上的挑战,也是一个商业产品上的挑战,试图制造一个在家里就能用的BCI,而不需要一个神经科学家博士来设置一切。
MDO: Synchron从一开始就专注于导管输送吗?
柳:神经干预是一个相对较新的领域,但它现在已经是一个公认的领域,人们可以常规地通过血管系统进入大脑,而不需要进行开颅手术或开颅手术来进行颅内支架治疗,进行凝块回收,盘绕等诸如此类的事情。和心脏空间很相似,这就是我们开始的方法。这是机械问题的解决,但他们很快就过渡到心脏EP(电生理学),把电子设备和设备放在那些机械设备上。这条路对我们来说很明显,对汤姆(联合创始人兼首席执行官托马斯·奥克斯利博士)来说也很明显,因为他是中风领域的神经学家。我们决定在支架上安装电子设备,这样我们就可以自然地进入大脑,而不需要打开头骨。幸运的是,人类的大脑和许多其他哺乳动物都有这种进入大脑的天然静脉通路。我们正在探索这些途径,通过血管造影术,使用标准的常规技术进入大脑。
MDO:导管输送有任何障碍吗?柳:主要的挑战是,基本上缺乏永久性地将设备留在血管内的长期数据。现在有一个常规病例:治疗颅内特发性高血压,由于未知原因,颅内压力升高。人们一直在横窦里放置支架,横窦是一个沿着头后侧的窦,永久性地在那里放置支架,主要并发症的发生率低于2%。但这是唯一可用的大脑内慢性支架的数据。所以我们不得不在后台做了很多工作,台式测试和一些大型动物测试,以确保在血管内留下一个含有铅的永久性设备不会导致血栓形成或任何其他健康风险。
MDO:为什么它需要是永久性的?
柳:支架被整合到大脑中,这对一些事情有帮助。这提高了电极的隔离性,这样它就不会接触到血液和其他导电物质。血管内的电极将设备固定在适当的位置,提高了我们记录信号的能力,从而增加了稳定性和保真度。我们正在研究移除该设备的安全性,但目前它是永久性设备。
MDO:你们团队需要克服的最大工程挑战是什么?
柳:充分披露:制造和硬件设计并不是我的专业领域。但是我们必须从头开始创建很多流程。在我们之前,将电子设备安装到永久性植入的支架上是不存在的。我们从手工制作开始,现在我们正在打印它们。所有这些流程和方法都必须从零开始创建,依赖于许多其他制造实践和专有技术。我们必须解决的问题是,一旦你制造了这些记录头,传感器,然后我们如何将它们连接到血管并连接到一些传输单元。所有这些过渡区域以及将数据无线传输出体外的电子设备也是一个问题和挑战。血管的弯曲意味着设备必须足够灵活,足够坚固,这样你就可以通过这些弯曲的血管将设备推入大脑。对我们的机械团队来说,找到这些最佳点绝对是一个挑战。
MDO:这个设备是如何植入的?柳:我们做一个直接的颈内静脉穿刺-我们不做切开-进入血管。对大多数人来说,从那一点开始,有一条通路穿过静脉窦离开乙状结肠,也就是这个卷曲的圆形部分进入横窦然后进入我们的目标血管,也就是上矢状窦。这条通路从静脉一直延伸到大脑顶部的目标血管位置。一旦你将设备通过一系列导管输送出去,并打开所有导管,你就有了设备的引线从静脉导管中伸出来。从这一点开始,我们做一个标准的隧道程序——通常在心脏EP空间进行,用于植入脉冲发生器——将导线在皮肤下隧道到一个小胸部口袋里,并将遥测装置放置在胸部口袋里。从本质上讲,电线在皮肤下面,从一个口袋里出来,我们把它插进去。然后我们把剩下的放进胸前的口袋里。一切都完全在身体里。这显然对控制感染很有好处。其他一些设备是经皮连接的,这意味着它不是完全植入的。 With our device, we really made careful designs to make sure that the implantables are fully implanted and the data transmission is wireless, because we’re getting to the brain and we’re very proactive about controlling infection.
MDO:然后无线数据连接到智能手机或电脑?柳:我们目前的设备是通过射频链路从植入式设备传输原始数据。因为这是一种定制的通信协议,它会进入一个小的中间盒子,这样我们就可以对信号进行采样,然后直接进入一个商用笔记本电脑,在那里运行我们的算法,这样我们就可以把传入的信号转换成数字输出,这样病人就可以在家里使用普通的、消费级的软件和硬件,而不需要一个大盒子或专门的设备。
MDO:这种技术还有什么其他用途呢?
柳:本质上,我们试图感知。我们开始将脑机接口作为一个应用。我们在听大脑的声音,这既可以用来控制数字设备,就像我们现在做的那样,也可以用来急性诊断一些疾病,比如癫痫。此外,我们可以将信息发送回大脑,这就是刺激,我们之前已经发表了一些关于这方面的工作,这意味着我们可以通过刺激大脑来提供治疗,就像这个领域长期以来一直在做的那样,用深度大脑刺激。它可以潜在地治疗多种疾病。
MDO:这些条件是什么?
柳:所有在大脑中增殖的血管,理论上我们可以到达这些地方,只要它们不是太小。会有一些小静脉或小动脉的下限,以目前的技术,很难到达,但有很多很多很多的小血管,你可能会到达。目前,深度脑刺激到达这些区域的方式是进行开颅手术,并在其中放入一根杆子。显然,这有其自身的风险,但如果目标正确,刺激大脑深层区域的特定部分,这些区域已经被研究了几十年,你可以产生非常好的症状缓解效果。我们会做完全相同的事情,除了我们将通过血管到达这些区域并从血管内刺激,这意味着我们不需要直接与大脑接触,这在免疫反应方面有自己的一套优势。让大脑独处,和它交谈,从远处和它交谈,这很好。
MDO:你所期待的技术进步是否会打开通往大脑的更小通道,比如导管小型化或电极小型化?
柳:这是研发团队持续不断的工作,继续缩小和改进进入这些小地方的方法。这是同步公司正在做的工作。