電擊大腦,就能讓巴金森氏症患者康復? — 深腦刺激術 (Deep Brain Stimulation)

許逸翔
許逸翔
Dec 13, 2018 · 7 min read
我們想讓你知道的是,深腦刺激術,沒有你想像得那麼難。巴金森氏症源自於大腦的不正常放電,導致無法有效控制我們的四肢活動。此時,就像拍一拍沒電的遙控器一樣,我們利用外部的高頻電流給予刺激,而巴金森氏症患者的顫抖症狀,就能恢復正常了。

巴金森氏症為何物

傳統治療方法的問題所在

替代方案 — 深腦刺激

技術聯想

作者的話

Photo by Fabio Santaniello Bruun on Unsplash

巴金森氏症為何物

如此令人聞風喪膽的疾病 — 巴金森氏症是什麼呢?它是一種作障礙疾病(movement disorders),指的是在力氣正常的情況下,不能由大腦意識自主控制動作的現象。動作障礙可以簡單被分為兩類 :「動作過少」與「動作過多」,動作過少的疾病以巴金森氏症為主,動作過多的疾病包括顫抖症(tremor)、肌張力不全症(dystonia)、肌躍症(myoclonus)……等等。

通常醫師在治療動作障礙疾病的時候,是以藥物治療為主的。根據一份台大醫院神經部的報告指出,以巴金森氏症來看,當人的中腦黑質體退化時,會無法產生足夠的多巴胺 (一種神經傳導物質),導致大腦基底核裡的迴路功能發生異常,產生不正常的放電訊號,這樣的現象其實是會讓人無法正常控制肢體動作的。

所以這時候,病人最常服用的藥物就是「多巴胺促效劑」或多巴胺的前驅物質「左多巴」,用意在幫助腦部產生較多的多巴胺,補足中腦黑質體細胞退化的缺陷。

疾病機制簡圖:http://tsukinegradprogram.blogspot.com/2016/11/parkinsons-disease-incurable-disease.html

然而,病人用藥幾年後,常常會遇到一種藥效窗口變窄的「開關現象」,意思是,持續接受藥物治療數年後,病人會漸漸感覺到藥效出現波動、不穩的跡象,同時副作用大增。這樣會導致接受藥物治療幾年後的病人,即使繼續接受左多巴治療,仍無法恢復正常的生活品質與作息


傳統治療方法的問題所在

由於藥物治療的方法出現瓶頸,專家開始尋找其他可行的途徑協助動作障礙患者康復。


替代方案 — 深腦刺激

我們可以想像,大腦控制肢體動作的機制,就好像是腦中裝了一塊調控動作的電路板,巴金森氏症可以想成是電路板上的訊號迴路發生異常,深腦刺激術就是藉由電刺激,讓大腦的迴路恢復正常。

再往更深一層挖的話,巴金森氏症患者其實是因為腦中的多巴胺分泌不足,導致大腦 — 基底核運動迴路中的「視丘下核」活性異常,強烈放電的結果,導致基底核不斷送回錯誤訊息,指示大腦皮質暫停動作,產生猛踩煞車的狀態,最終演變成大腦想要執行的動作均被消除。因此,這樣的「煞車過度」狀況,就是巴金森氏症患者產生動作障礙的主因。

煞車示意圖

針對這樣放電不正常的現象,醫師與工程師合作,藉由植入一組細長的電極導線(electrode),至病人腦中的丘腦下核(subthalamus nucleus,STN)或是蒼白球內核(globus pallidus internal segment,GPi)的方法,將其與植入於胸前的脈衝產生器(pulse generator)相連(類似心律調節器),形成一套完整的放電系統

如此一來,我們便能利用脈衝產生器發出的高頻率脈衝微電流來調節病灶區域的放電狀況,控制不正常的腦神經放電訊號,修復大腦-基底核的運動迴路功能,達到改善巴金森氏症症狀的效果。

深腦刺激裝置示意圖:Alfred Pasieka/SPL/Getty Images

技術聯想

大家可以試想,生活中有沒有遙控器打不開電視,用手拍一拍又突然可以開的經驗?這其實是因為電器內部排線非常密集,長時間放置可能會造成局部生鏽脫離,或者是落灰導致局部短路的現象,此時我們並不用大費周章地拿去店家修理,只要用手給予輕拍,就有機會使內部達到重新整線的效果。

另一個常現的例子是機械起動阻力的問題,機械裡面的機油是可以流動的,如果放久了不用,某部分潤滑不是那麼好,會導致起動阻力增大,而當啟動阻力增大到啟動扭矩無法與之抗衡,機械就無法正常開始運轉了。這時我們常常會看到機械廠的師傅掏出扳手大力一砸,老師傅出完氣,機油重新分佈,潤滑效果也不知不覺變好了。

修理機器示意圖:https://www.dependablelaundry.com.au/can-fix-maytag-washing-machine/

這是我們人類自古以來特殊的修理小技巧,從外部給予重擊來達到維修的目的,看似毫無章法,事實上卻有理有據。


作者的話

其實不然,只要我們多方瞭解,會發現原理其實很簡單,只要鎖定位置,利用高頻的電流施予物理刺激,便能調節不正常的腦神經訊號,而類似的原理、方法,生活中更是常見。臨床問題往往用不到太艱深的工程技術,便能獲得解決,關鍵就在你是否能水平思考連結不同領域的知識。領悟之後,你,就能踏上臨床工程的山峰。

Photo by rawpixel on Unsplash

撰文:許逸翔

核稿: 林發暄|台大醫工所 教授

Unmet Needs

「Unmet Needs臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發,與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享,與整理相關的知識資源,讓大家得知,醫材開發,有跡可循。

許逸翔

Written by

許逸翔

陽明醫工,雙主修生科|台大生醫電資所|Email:cure845612345@gmail.com|FB:https://www.facebook.com/profile.php?id=100001777215495|興趣:臨床工程、寫作、閱讀、網球、旅行|簡介:有些人大笑,有些人悲傷。

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