《Brain Research》：A multi-channel implantable micro-magnetic stimulator for synergistic magnetic neuromodulation
編輯推薦：
為解決傳統植入式單點微磁刺激（μMS）無法多區域磁調制、多通道 μMS 應用受限的問題，研究人員設計 4×4 陣列微線圈結構，制作多通道 μMS 裝置并實驗。結果表明協同磁刺激增強突觸可塑性和鈣信號活性，為相關研究提供支持。
在大腦的神秘領域中，海馬體猶如一顆璀璨的明珠，它深藏于大腦顳葉內，是認知功能和空間導航的關鍵樞紐。打個比方，海馬體就像是大腦中的 “記憶圖書館”，負責存儲和整理我們生活中的各種記憶片段，從日�，嵤碌街匾娜松洑v，都在這里留下了 “印記”。然而，當這個 “圖書館” 出現問題時，一系列神經退行性疾病，如抑郁癥、阿爾茨海默病和癲癇等，就可能悄然來襲。
為了守護這座 “記憶圖書館”，科學家們嘗試了多種方法，其中磁刺激技術備受矚目。像經顱磁刺激（TMS）這樣的非侵入性磁刺激技術，就像是從大腦外部發送的 “信號使者”，試圖調節海馬體的神經活動，從而治療相關疾病。但這個 “使者” 在傳遞信號的過程中遇到了不少阻礙。由于大腦組織的層層 “阻擋”，磁場在傳輸過程中會被大量吸收，導致信號強度大打折扣；而且它的 “瞄準” 能力也不太精準，磁場聚焦效果不佳，使得對深部腦區的刺激效果不盡人意。
而侵入性微磁刺激技術則像是深入大腦內部的 “特工”，能夠更精準地定位目標區域。隨著微制造技術的飛速發展，一種新型的微磁刺激（μMS）技術應運而生。早期的單點 μMS 技術雖然在空間分辨率上表現出色，但它就像一個只能固定在一個位置的 “小衛士”，空間覆蓋范圍有限，磁場強度也受到限制，一旦植入體內就無法移動，難以滿足對大腦更大區域的刺激需求。多通道 μMS 技術的出現，原本被寄予厚望，它就像是一群協同作戰的 “小衛士”，能夠實現多點磁刺激和靈活控制。但目前大多數相關研究還停留在理論模擬和體外實驗階段，真正應用到體內實驗的較少，而且現有的植入式設備在植入深度、對大腦的損傷程度等方面存在諸多不足。
在這樣的背景下，來自未知研究機構的研究人員決心攻克這些難題。他們開展了一項關于多通道植入式微磁刺激器的研究，致力于探索微磁刺激對深部海馬神經集群的潛在影響，為理解微磁刺激在中樞神經系統中的作用以及其在調節學習和記憶等認知過程中的應用提供理論和實驗支持。最終，他們取得了重要成果，驗證了植入式多通道微磁刺激器的可行性，相關研究成果發表在《Brain Research》上。
研究人員在開展研究時，用到了以下幾個主要關鍵的技術方法：首先，通過數值模擬分析微線圈間耦合系數和電磁場分布，優化參數以實現有效磁刺激；其次，制作多通道 μMS 裝置，解決防水、生物相容性和雙腦區電極植入等關鍵問題；還利用多電極陣列（MEA）系統進行體外腦片刺激實驗，以及采用光纖記錄系統實時監測小鼠海馬體 CA1 區鈣信號變化。
下面來看看具體的研究結果：
- 選擇植入式刺激線圈和磁場模擬：研究人員綜合考慮物理尺寸、電感值、磁場強度等多種因素，選擇了 LQP02TN33NH02D 電感作為微磁刺激裝置的電感。通過數值模擬分析微線圈間耦合系數和結構內電磁場分布，結果表明優化參數后能達到有效磁刺激閾值。
- 基于理論基礎探索實際實驗的可行性：研究人員利用 LTP-Director 軟件記錄和分析海馬體 CA1 區的場興奮性突觸后電位（fEPSPs），以此評估長時程增強（LTP）的變化和神經活動的動態過程。通過設計實驗方案，對實驗數據進行分析，探索單點微磁刺激對海馬體區域的影響。
- 體外協同微磁刺激增強高頻刺激誘導的長時程增強（HFS-LTP）：體外腦片磁刺激的電生理結果顯示，單點和多點 μMS 都能通過 LTP 增強突觸可塑性。其中，在 CA1 區的協同 μMS 以及 CA1/CA3 聯合刺激的效果顯著，而 CA3 區的 μMS 刺激效果相對較弱，并且四通道微磁刺激的效果優于兩通道刺激。
在研究結論和討論部分，研究人員驗證了植入式多通道微磁刺激器的可行性。協同磁刺激能夠顯著增強突觸可塑性和鈣信號活性，這為深入理解微磁刺激對海馬體 CA1 區突觸可塑性（LTP）和鈣信號傳導的影響提供了重要依據。該研究成果不僅有助于揭示微磁刺激影響深部海馬神經元群體的潛在機制，還為微磁刺激在中樞神經系統研究以及調節學習和記憶等認知過程的應用奠定了基礎，在生命科學和健康醫學領域具有重要的理論和實踐意義。
