世界上第一个透明塑料头骨植入物为人脑打开了一扇窗（名副其实）

高科技大脑成像可以直接通过透明面板进行。

该植入物取代了为缓解大脑压力而被移除的部分头骨。

图片来源：托德·帕特森

科学家们确实打开了一扇进入人类大脑的窗户，这在世界上尚属首次。他们将一块透明面板插入患者的头骨中，并能够在患者清醒并执行任务时通过它收集高分辨率成像数据，这是第一次实现这样的壮举。

自愿参加这项开创性研究的患者是 39 岁的 Jared Hager，他在 2019 年的一次滑板事故中遭受了创伤性脑损伤 (TBI)。正如此类病例中很常见的情况一样，Hager 的部分头骨必须通过手术切除为脑组织在愈合时肿胀提供空间。 

由于 COVID-19 大流行期间的延误，海格在两年多的时间里都无法安装修复头骨的假体——这绝对不理想，但如果你属于“当生活给你柠檬时，就制作柠檬水”派我想，这显然是尝试一些脑成像实验的好机会。

在等待手术期间，海格自愿参加凯克医学院教授兼南加州大学神经恢复中心主任查尔斯·刘（Charles Liu）与同事乔纳森·鲁辛（Jonathan Russin）和加州理工学院的一个团队合作开展的一个研究项目。当 Hager 进行假体手术时，他再次与科学家合作，此时科学家们正在研究一种称为功能性超声成像 (fUSI) 的新技术。

与 MRI 扫描等技术相比，超声波更便宜、更便携、对患者来说更舒适。您还必须一动不动地躺在 MRI 机器中，而通过超声波，您可以在人们参与正常活动时收集数据。  

TBI 患者经常出现神经系统问题，包括痴呆症，因此希望 fUSI 能够成为监测这一问题的一种方法。 “如果我们能够通过患者的颅骨植入物提取功能信息，那么我们就可以更安全、更主动地提供治疗，”刘在一份声明中解释道。 

问题在于 fUSI 无法通过传统的颅骨假体发挥作用。这就是透明窗户的想法的由来。它由聚甲基丙烯酸甲酯制成——有点像有机玻璃——它具有修复海格头骨的双重目的，同时还可以收集大脑成像数据。整块塑料厚 4 毫米，其中有 2 毫米厚的部分，使超声波换能器能够进入大脑的顶叶和运动皮层。

加州理工学院团队成员理查德·安德森教授在另一份声明中解释说：“大脑的这个区域对于形成意图和执行运动动作非常重要，我们实验室已经通过其他方法对其进行了彻底的研究。” 

该团队已经完成了一些建模以及大鼠实验，以尝试不同类型的植入物并磨练 fUSI 参数，以获得最佳结果。灵长类动物数据证明该技术可以提供有用的信息。现在，是时候在人类身上进行尝试了。 

手术前后，海格被要求在电脑上解决“连点成线”的难题，并在进行超声波检查时用吉他弹奏一些曲子。关键问题是通过透明塑料窗口进行 fUSI 是否仍然准确和精确。

“保真度当然下降了，但重要的是，我们的研究表明它仍然足够高，可以发挥作用。而且与其他需要将电极植入大脑的脑机接口平台不同，这的采用障碍要小得多。”刘说。 

在大脑中安装一个窗口不仅可以进行这样的巧妙实验，从长远来看，它实际上可能对患者更好，正如 Russin 解释的那样：“我们进行这些手术时的一个大问题是，血块会形成在植入物下方，但有一个透明的窗口给我们提供了一种简单的方法来监控它。 ”

如果为更多的人提供这种替代假肢，科学家就可以在更广泛的范围内收集有关 TBI 结果的有用数据。在更广泛地推广该技术之前，需要进行临床试验，并且需要根据海格收集的数据进行更多研究。 

“贾里德是一个了不起的人，”刘兴奋地说。 “他的贡献确实帮助我们探索了新领域，我们希望最终能够帮助许多其他患者。这项工作已经开始，重点转向激光光谱等其他实验技术。 

“我们的研究结果表明，我们可以用这种方法提取有用的功能信息，”刘说。 “下一步是：我们想要什么具体的功能信息，我们可以用它做什么？ ”

该研究发表在《科学转化医学》上。