[發明專利]中紅外神經刺激技術

在審

• 申請號: 202010930902.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112618962A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 常超;賈宏博
• 申請（專利權）人: 賈宏博
• 主分類號: A61N5/06
• 分類號: A61N5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及神經科學的基礎與臨床研究領域，公開了一種通過中紅外光定點輻照實現激活腦神經細胞的技術，同時公開了該技術的一種具體實施方式的示范。由中紅外光源（1）輸出的中紅外光經過光調制器（2）、光纖適配器（3）和中紅外光纖（4）被傳遞到腦組織的刺激目標位點并持續一段時間輻照，使得中紅外光能量被輻照區域組織產生具有高梯度分布的吸收，從而提高該區域組織中所含神經細胞的活性。本發明所公開的中紅外神經刺激技術區別于現有被稱為光遺傳的神經刺激技術在于：采用的光源波長在中紅外段而不是在可見段或近紅外段；以及被刺激腦組織中不含任何由外部介入的基因或化學物質，使本發明所述技術相比于光遺傳技術具有更廣闊的適用場景。

技術領域

本發明涉及神經科學基礎研究和神經疾病的治療領域，公開了一種神經刺激技術的實施方法。神經刺激技術也可被稱為神經調控技術，是通過外部干預作用而改變腦組織內神經細胞活動的技術，被大量應用在神經科學基礎研究和神經疾病的治療中。本發明所述的中紅外神經刺激技術是通過中紅外光的定點輻照來提高被輻照區域內神經細胞活動水平的神經刺激技術。

背景技術

目前已有的神經刺激技術可按照外部干預作用的基本類型和屬性來區分，主要包括兩大類型，藥物刺激和物理刺激。

藥物刺激是指通過服用或注射神經藥物來改變神經細胞活動，神經藥物有很多種，各具有不同的作用機制和效果，但其普遍具有很顯著的毒副作用，并且長期使用容易產生依賴性和上癮。

物理刺激是指通過電、磁、聲、光、熱等物理作用來改變神經細胞的活動，其毒副作用一般不顯著，成癮性也不明顯。

電刺激和磁刺激是比較傳統的神經刺激技術，這是因為神經細胞的活動基本模式就是生物電信號。經過近幾十年的發展，電刺激和磁刺激從實驗室向臨床應用的轉化已經比較成熟，其具有非侵入和作用深度大的優點，而缺點是刺激定位精度就比較有限，作用范圍難于控制。

聲刺激是一種近年來獲得關注的新型神經刺激技術，指使用正常聽覺感知范圍以外的超聲波進行脈沖刺激。聲刺激的優點是易于精準定位，缺點是作用效果很微弱，需要很高強度的聚焦超聲波才能起到明顯的效果，而這樣高強度超聲波的安全性尚未清楚。

光刺激是指不對眼睛給光而是對腦組織給光來調控神經活動的技術。但是，除了眼中的視網膜上的感光細胞以外，其他所有腦組織細胞對光照都不敏感，也就很難用光來直接調控大腦神經活動，所以光刺激神經的機制主要是借助于近紅外光產生的熱效應來影響神經活動，與熱刺激基本相同。而熱刺激具有很高的破壞性，往往是還沒有產生足夠的神經刺激效果就已經超過了腦組織的熱耐受極限，因此熱刺激很難取得實際的應用。

2005年，美國斯坦福大學Karl Deisseroth的研究組首次報道了后來被命名為“光遺傳”的神經刺激新技術，通過轉基因手段，可以巧妙的使任意指定基因型的神經細胞表達其原本不能表達的特定光敏感離子通道蛋白，從而使其變得對光照敏感，對光刺激產生生物電響應。光遺傳技術自從誕生以來就獲得了神經科學基礎研究領域的極大關注和廣泛應用，它可以提供精確到單個細胞甚至亞細胞結構的定位精度和準確到毫秒級的時間精度，并且既可以激發、也可以抑制神經細胞活動。借助于光遺傳技術，一大批神經科學前沿研究取得了突破進展，極大的增進了對大腦神經環路及功能的了解，一些重大神經疾病在動物模型實驗中獲得了成功治療，前景一片光明。

但是，光遺傳技術的最大優點所在即是它的最大缺點所在，由于必須使用轉基因技術使神經細胞表達所需的光敏感蛋白，而轉基因又是醫學倫理中最為敏感的范疇和保守的底線，因此光遺傳技術在未來很長一段時間里幾乎不可能直接在臨床中對人體使用。同理，任何通過轉基因技術來使神經細胞變得對外部施加的物理作用場更加敏感（比如對磁場更加敏感）的神經刺激技術，都幾乎不可能在近期轉化成臨床可用的醫療技術。