閉迴路深腦刺激控制系統

(作者:楊世宏老師 / 逢甲大學  機械與電腦輔助工程學系)

深腦刺激可幫助增強技能學習,技能學習同時與記憶與學習有關,目前已有研究團隊針對深腦刺激是否對技能學習有幫助做進一步的探討,研究內容主要探討帕金森氏病患於施加深腦刺激後,對於鋼琴演奏的技能學習表現之影響,也有探討帕金森氏病患對運動序列學習的影響,甚至空間辨別學習、認知學習等。這些研究多半探討如何設計技能學習用途的開迴路深腦刺激控制系統,但如何有效率地控制深腦刺激,仍然是個研究的問題,目前的研究較少探討閉迴路深腦刺激控制系統於技能學習的應用,閉迴路需迴授感測資訊給控制器,因此需要從生物體量測與技能學習相關的生理訊號,讓控制器得以計算深腦刺激的量,這項技術使得閉迴路深腦刺激控制系統的技術門檻更高。

目前已經知道深腦刺激可改變腦神經活動,許多研究已經開始探討腦內迴路相對應於臨床症狀的關聯,例如帕金森氏症、憂鬱症與強迫症等。在動物實驗的過程中,研究人員對大鼠的中央丘腦的板內側核施加深腦刺激,發現大鼠在新物件的辨識任務可表現更好,且研究指出持續在中央丘腦施加高頻電刺激,可增強探索的運動行為以及認知表現,國內已有學者嘗試以電生理證據來展示施加深腦刺激會影響技能學習,特別是在大鼠學習壓桿取水的認知過程中有影響,值得注意的是該研究以開迴路系統來達成此目的,而且沒有根據生理訊號來回授調整電刺激,目前僅有少數閉迴路深腦刺激系統開發於開放式硬體,另外,已有兩種閉迴路方法被提出於改良帕金森氏症病人的病因與運動症狀,分別使用深腦刺激與脊髓電刺激方法,因此未來可望開發深腦刺激控制系統來治療疾病以及增強技能學習。