“定向可塑”腦部康復(fù)研究，技術(shù)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的最前沿

在德州大學(xué)達(dá)拉斯分校的部分實驗室中，Robert Rennaker博士所提出的“定向可塑”腦部康復(fù)研究正處于技術(shù)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的最前沿。

作為TI在德州大學(xué)達(dá)拉斯分校的著名生物工程主席，Robert解釋道，當(dāng)一個人中風(fēng)后，他的大腦會出現(xiàn)缺氧的情況，從而導(dǎo)致腦組織死亡。雖然大腦會嘗試重組，不過在大多數(shù)情況下，這種巨大的損傷將帶來致命的傷害。

通過使用生物電子藥物，Robert和他的團(tuán)隊希望幫助大腦進(jìn)行重組，以控制這種生理反應(yīng)。

人體的應(yīng)急反應(yīng)會在人類面臨危險時觸發(fā)。此時，人的心跳加速，血壓上升，而分泌的腎上腺素將幫助人類反擊或逃跑。在所有這些生理反應(yīng)出現(xiàn)的同時，位于頸部的迷走神經(jīng)也會被激活，并在大腦內(nèi)釋放少量被稱為神經(jīng)調(diào)質(zhì)、能夠加強學(xué)習(xí)記憶的信息素。這也是為什么反擊或逃跑反應(yīng)會被立即記住，并且永遠(yuǎn)都不會遺忘的原因。這個生物現(xiàn)象是Robert突破性定向可塑工作的基礎(chǔ)，主要為了幫助中風(fēng)和其他嚴(yán)重腦損傷的患者。

“定向可塑性并不會讓病人受到驚嚇或是帶來痛苦，我們利用生物電子藥物來刺激迷走神經(jīng)釋放同樣的化學(xué)物質(zhì)，以幫助大腦在單次試驗學(xué)習(xí)中獲取快速認(rèn)知事物的能力。”達(dá)拉斯Erik Jonsson工程與計算機科學(xué)學(xué)院系主任兼德州生物醫(yī)學(xué)設(shè)備中心主任的Robert表示。

腳踏實地

整個項目概念都圍繞著如何使迷走神經(jīng)的刺激與療法相匹配。例如，如果一名患者因中風(fēng)引發(fā)足下垂，一般情況下，病患無法再將腳趾抬起，如果病人因為足下垂在行走過程中絆倒，將帶來非常嚴(yán)重的后果。Rennaker博士的團(tuán)隊希望讓病人嘗試著抬起他們的腳趾，當(dāng)腳趾產(chǎn)生運動時，他們就會刺激迷走神經(jīng)。經(jīng)過一段時間后，對于迷走神經(jīng)的刺激和腳趾的運動會加強大腦與肌肉之間的聯(lián)系，從而使病人能夠?qū)⒛_趾抬得越來越高。

在未來18到24個月內(nèi)將要開始的臨床實驗中，Robert的團(tuán)隊將會把一個作為刺激器的小設(shè)備植入到迷走神經(jīng)中。這個器件與病人身上所佩戴的控制器相連接，另一方面，采用TI SimpleLink多標(biāo)準(zhǔn)CC2650無線微控制器（MCU） 的小型傳感器設(shè)備也會被安置在病人的腳上。當(dāng)腳趾抬起距離地面特定高度時，病人腳上的器件會通過TI的Bluetooth® 低功耗軟件應(yīng)用將這個數(shù)據(jù)發(fā)送至智能手機，以此發(fā)出指令讓控制器刺激迷走神經(jīng)。這強化了那些控制腳部肌肉的腦細(xì)胞，從而將腳趾恢復(fù)到病人能夠任意活動的位置。

“病人可以全天隨意行走，并且通過采用TI器件的TI Bluetooth應(yīng)用程序進(jìn)行治療，”Robert說道，“病人擁有的是一個完整的技術(shù)系統(tǒng)，能夠允許他們進(jìn)行一些有趣且獨特的活動，同時還能有助于康復(fù)。”

Robert表示，他之所以選擇TI CC2650無線MCU以及其隨附的軟件是因為它功耗低、易于使用且具有較高的成本效率。通常這種類型的傳統(tǒng)刺激器系統(tǒng)的成本會在30,000美元以上，而這款采用TI技術(shù)的系統(tǒng)將單個系統(tǒng)的成本減少至1,000到2,000美元，Robert認(rèn)為這是改變行業(yè)未來的一個應(yīng)用。

CC2650無線MCU功耗極低，能夠允許整個系統(tǒng)由小型紐扣電池供電運行很長時間。它的小尺寸也使其成為諸如此類可穿戴設(shè)備的理想選擇。

“對于這樣一個應(yīng)用，我感到非常激動，”TI無線連接業(yè)務(wù)總經(jīng)理Amit Hammer 說道，“我們在近期幫助客戶開發(fā)了諸如門鎖、煙感器、定位信標(biāo)和智能信用卡等器件。而這個應(yīng)用展現(xiàn)了低功耗無線技術(shù)如何在治療以及提升人類生活質(zhì)量等方面產(chǎn)生巨大影響。”