特发性震颤是世界上最常见的运动障碍，仅在美国就影响了约700万人。这种疾病的标志是在故意运动期间无意识的，有节奏的摇晃，使写作，饮食和饮酒等日常工作复杂化。然而，当休息或睡觉时，大多数患者几乎没有症状。
这种疾病可以通过称为深部脑刺激(DBS)的外科手术治疗，其中神经外科医生在大脑深处植入电极; 然后将这根导线穿过皮肤下方的电池连接到胸部的电池，这可以提供电刺激，使症状平静下来。然而，在目前的使用中，这些植入的装置即使在患者不需要时也经常“开启” - 刺激 - 这浪费了宝贵的电池寿命。
华盛顿大学的研究人员首次在大脑顶部组合电极，感知身体部位经历特发性震颤的运动，以及深部脑电极，只在需要时才能提供刺激。由电气工程师，华盛顿大学医学研究人员和威斯康星大学感觉运动神经工程中心(CSNE)的伦理学家开发的这种方法将在即将出版的IEEE神经系统和康复工程学术期刊上发表。
这是开发完全植入的闭环深部脑刺激器以治疗特定震颤和帕金森病等疾病的重要一步，有朝一日可能由患者自己的想法或动作控制。
“我们最终希望为个人提供这种能力和选择，”共同作者玛格丽特汤普森说，他是威斯康星大学电气工程博士候选人，也是CSNE团队的成员。“例如，深层脑刺激的一个副作用可能是难以说话。所以，如果你要喝一杯水，你可能想要调高刺激，这样你的手就不会动摇。如果你正在回答电话，也许你想把它关掉，这样你的演讲就不会受到影响。“
“到目前为止，基于我们的主题，我们节省了大约一半的电池电量，这是我们的主要动机之一，”资深作者和威斯康星大学电气工程教授Howard Chizeck说。“但更有趣的是一些早期迹象表明我们的闭环系统可以提高患者的表现，减少震颤，更好地控制双手，减少副作用。”
该项目起源于CSNE和医疗设备制造商美敦力之间的合作伙伴关系，以测试激活美敦力Activa PC + S深部脑刺激系统的新方法，其中包括特发性震颤患者。该系统不仅像传统的DBS系统一样提供电刺激，而且还具有感知和响应大脑本身产生的电信号的能力。UW团队获得了美国食品和药物管理局对这些测试的研究设备豁免。
为了治疗特发性震颤，外科医生通常在患者大脑的丘脑中植入电极。它从颈部连接到另一个植入式设备，该设备位于锁骨下方，包含电池和驱动系统的电子设备。这种在今天临床使用的“开环”系统可以在医生设定的水平下提供持续的深部脑刺激。
在接受美敦力Activa PC + S深部脑刺激系统的三名患者中，华盛顿医学外科医生还在大脑的运动皮层上植入了一小条电极，这是控制运动的大脑部分。电极条可用于感知受特定震颤影响的手或其他肢体何时移动。在一项关键创新中，该团队开发了机器学习算法，以“解码”来自大脑的神经信号，并将它们与需要通过刺激进行治疗的特发性震颤症状相关联。
“这对于治疗那些患有特发性震颤的患者来说既令人兴奋，也适用于未来的用途，”美国能源医学神经科学研究所的CSNE团队负责人和神经外科医生Jeffrey Ojemann博士说。“这是一个人第一次通过自愿使用大脑信号来控制植入装置。我们现在可以看到中风，瘫痪或其他神经系统病症的各种用途的直接途径，可以在将来使用一般的做法。”
大多数特发性震颤患者仅在有意移动时才会出现症状 - 例如，当他们移动手臂进食，饮水或写字时。UW CSNE闭环系统检测到该运动并且仅在需要时提供刺激以平静震颤症状。
“DBS导致了一些我最感恩的患者，”团队成员和共同作者Andrew Ko博士说，他是UW医学神经科学研究所的神经外科医生，他植入这些设备。“他们过去称这种疾病是'良性的特发性震颤 '，但它不是那么温和。患者不会外出吃东西，因为他们洒了食物和饮料。他们不再和朋友一起吃饭因为他们不能倒一杯咖啡。他们不能签署支票。他们需要帮助穿衣。常规DBS非常适合给人们回去生活。我们正在努力的是采取一种非常好的治疗方法，使其更好。“
为了测试这些系统的工作情况，研究小组要求患者执行简单的运动任务 - 例如用钢笔绘制螺旋形状，写句子或试图保持双手稳定 - 在三种情况下：用他们的Medtronic植入深脑刺激器关闭，系统提供持续刺激，并且新系统仅根据需要提供刺激。
在没有刺激的情况下，患者在整个任务中都经历了震颤。CSNE团队新系统在缓解震颤症状方面的有效性与开环系统相当，但节能效果更好。
在本文描述的实验中，计算任务是在患者旁边的外部笔记本电脑上进行的。接下来的步骤包括将计算能力转移到植入患者胸壁的装置，从而形成完全植入的闭环深部脑刺激器。该团队已获得FDA的批准，可进入实际测试的下一步，该测试将患者送入带有刺激器的闭环模式。