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2013立體定向功能神經外科發展回顧

響應Pansci編輯號召,筆者根據個人標準,選出了幾個2013年立體定向功能神經外科(以下簡稱功能神外)學界的重要發展突破,和大家分享。

(千萬別被立體定向功能神經外科這一連串看似高深莫測的字給嚇跑了。它就是神經外科的一個分支。)

 

相信大家都有電腦故障的經驗。電腦壞了,原因可能有很多。有可能因為撞壞了(外傷)、或者風扇灰塵太多(異物),導致電腦出問題,這種時候都是由電腦醫院裡擅長處理外傷、異物等等問題的專業人員來維修,他們會查清楚究竟是哪被撞壞了、哪該清理乾淨。而如果電腦是功能出問題,比如老是自動重新開機、或者不能上網、運行速度變慢等等功能性的問題,就會轉交更擅長來處理相關功能問題的專業人員來處理。功能神外醫師,就是醫院裡專門以外科手術方式來處理人腦功能問題的一群專業人員。

(其實一般神經外科和功能神經外科都受過完整的神經外科基礎培訓,只是之後各自選擇走上不同分支而已。一般神經外科也包含許多其他分支,諸如顱底外科、血管外科等等。)

有別於一般神經外科治療腦外傷、出血、腫瘤等等疾病,功能神外主要治療由於腦神經損傷導致的功能性疾病。功能神外包含四大領域:疼痛、癲癇、運動障礙、精神病。以帕金森病(運動障礙)為例:典型帕金森病是由於腦內黑質(substantia nigra)多巴胺能神經元死亡,造成黑質-紋狀體系統失衡,影響椎體外系功能(協調肌群、調節肌張力等等輔助運動系統),最終導致帕金森病症狀(震顫、僵直、運動遲緩等等)。在帕金森病初期發病時,補充腦內缺乏的多巴胺往往就能取得很好的療效,但是當帕金森病進入後期,症狀無法單純通過藥物得到控制時,醫學界就會考慮功能神外手術治療。

功能神外治療帕金森病的機理其實不複雜:上述提及的那些黑質-紋狀體系統、椎體外系還有基底核等等神經迴路裏頭,有其中幾個關鍵神經核團活動異常興奮。功能神外通過毀損或者高頻電流抑制的方式,降低這些核團的活動,而位於它們下游迴路、聽命于這些關鍵核團的其他神經結構,活動也將恢復正常,最終症狀得到緩解。

除了帕金森病以外,功能神外治療包括肌張力障礙、癲癇、慢性疼痛、還有強迫症等等,都是透過類似機制,以手術方式干預異常神經迴路中的某關鍵結構。

知識園地:你知道嗎?功能神外的歷史可以追朔到新石器時代哦!當時人類就嘗試用神經外科手術治療癲癇、偏頭痛和精神病。

圖片1

十六世紀畫家Hieronymus Bosch描繪一名醫師正在爲一名可憐的病人移除他腦內「瘋狂的石頭」。圖片來源http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Hieronymus_Bosch_053_detail.jpg

介紹完基礎知識以後,就讓我們一同回顧2013功能神外的新發展動態吧!

集中超聲波(focused ultrasound)治療原發性震顫(essential tremor)

原發性震顫是一種以單純雙側肢體震顫爲主要症狀的神經系統疾病。如同上述帕金森病的例子一樣,原發性震顫的症狀也可以通過抑制腦內某些關鍵神經核團的活動得到控制。

在過去,功能神外抑制腦內神經核團的方式主要包括射頻毀損(radiofrequency)、高頻電刺激(high frequency electrical stimulation)和伽馬刀(gamma knife)。

這三項手術操作的臨床安全性都已得到驗證,但病人若要接受上述任何一種治療,通常情況下還是會要求患者住院,同時以上操作耗時從數小時到十數小時不等。

筆者13年五月在日本東京參加的世界功能神外大會上,第一次聽說了這項使用集中超聲波抑制腦內神經核團的新技術。根據報告者形容,他們可以透過集中超聲波技術,精准地選擇性破壞關鍵核團,而且比起傳統方式,集中超聲波更快、更簡單。他們的最終研究目標是:發展出一套足夠簡單、足夠快速、足夠安全的方式,可以直接應用於門診手術;患者不再需要住院治療,早上到醫院,下午就可以出院。

平心而論,筆者不認為這項技術能改善治療效果(除非它能做出比現有技術更小、分辨率更高的毀損灶);它象徵的是一種全新技術、手段的到來。短期內它可能無法取代其他現有技術,但從長遠來看,它很符合未來醫學界的發展方向,同時可能激發出更多的臨床應用和新技術。

相關參考文獻:Elias, W. Jeffrey, et al. “A pilot study of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor." New England Journal of Medicine 369.7 (2013): 640-648.

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療阿茲海默(Alzheimer’s disease)

阿茲海默病是現代社會共同面臨的最大疾病問題之一。疾病對社會造成的巨大經濟負擔不說(全美2012年支出約2000億美金用於臨床治療該病),它對人腦功能廣泛而深刻的負面影響嚴重地威脅病人的日常起居、工作能力、與家人朋友相處關係等等重要生活品質。

目前已知在阿茲海默病患者腦中廣泛存在大量beta澱粉樣蛋白(beta amyloid)和tau蛋白堆積,破壞神經元、神經突觸正常結構,導致大腦功能退化。但對於上述病變的機理,以及如何該清除或阻止病變,醫學界目前尚無定論。

除了內科服藥之外,功能神外也在研究以外科技術治療阿茲海默病的可能。從2010年起,世界上有數個研究團隊都在研究以電刺激大腦不同部位,改善大腦功能(比如增加記憶力),同時延緩阿茲海默病進展的情形。目前研究還處於非常初期的階段,但是初步结果已經讓人看到以神經外科手術治療阿茲海默病的可能。

相關參考文獻:

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療神經性厭食症(anorexia nervosa)

大家身邊可能都有群「明明骨瘦如柴,還堅稱自己胖、要減肥」的朋友(特別是女性)。「你得厭食症咯?」可能會有人如此開玩笑地說。其實,神經性厭食症是絲毫不能大意的疾病。患者有可能在青少年時期就發病,但是終身未治癒。身體和心理狀態飽受煎熬折磨(一方面知道自己病了,另一方面還是認為自己太胖),缺乏被接受的自信,同時常伴發焦慮、憂鬱等其他精神疾病,令患者痛苦不已。嚴重者,甚至會因為此病而喪失生命(常見死因包括電解質紊亂、心功能衰竭、多臟器功能衰竭等等,神經性厭食症是所有精神疾病裡死亡率最高的疾病之一)。

正因為此病的嚴重程度,以神經外科手術嘗試治療神經性厭食症其實由來已久。功能神外治療神經性厭食症的歷史可以回溯到上世紀50年代,但其治療效果始終沒有得到廣泛認可。

2012年,魯汶和上海的研究團隊首先合作發表使用腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症的療效。2013年,來自多倫多的功能神外團隊在《柳葉刀》上發表了他們的獨立研究成果。兩篇研究報告都表明:現代腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症安全、有效。

現在世界上已有多個臨床中心都在進行功能神外治療神經性厭食症的研究。相信未來功能神外可以爲嚴重的難治型神經性厭食症患者帶來希望曙光。

相關參考文獻:Lipsman, Nir, et al. “Subcallosal cingulate deep brain stimulation for treatment-refractory anorexia nervosa: a phase 1 pilot trial." The Lancet (2013).

 

神經外科手術治療精神病的臨床指南共識

「開刀治療精神病」這個概念一般人恐怕難以想像。明明是精神疾病,開刀怎麼治得好?但實際上,從史前時代,人類就開始用神經外科手術治療精神病(在史前時代醫生的觀念裡,治療機制更像是「在人頭上鑽個洞,使人瘋狂的邪靈就會從中被釋放出去」)。

隨著醫學進展,科學家逐漸認識:許多精神病患者腦內某些部位的活動異常(過於興奮或者過於平靜),而這些異常和他們的精神症狀是有一定的相關性的。如果能透過某種方法(比如神經外科)來調節這些活動異常的部位,勢必也可以藉此控制精神症狀。葡萄牙籍Egas Moniz醫師憑藉著lobotomy(前腦葉白質切除術)治療精神病的研究,獲得了1949年諾貝爾生理學/醫學獎,精神外科(以外科手術治療精神病的學科)正式得到認可。

但從1950年到1960年代,精神外科經歷了一段黑暗的歷史。簡單地說,精神外科被過分濫用在精神病患者身上。以最著名的精神科醫師Dr. Walter Freeman為例,他開著他的麵包車兼行動醫院,全美走透透,幫近3500名患者實行他自己改良的lobotomy。實際不只他一人,精神外科在全世界範圍被濫用的事實(包括歐美、日本、甚至台灣),以及精神藥理學的進展(終於吃藥也可以控制精神症狀了),最終導致整個精神外科學科的沒落。

直到過去20年,醫學界意識到某些患有嚴重精神病的患者,在嘗試幾乎所有療法(藥物、行為、電療⋯⋯)之後,症狀依然沒有改善。而此時,外科手術似乎是僅存的唯一希望。

外科手術技術與此同時也已經得到很大進步。比起Freeman拿根冰錐(電影《禁閉島》即將結束時,就有短暫的冰錐一幕,暗示醫生即將選擇以手術方式治療), 捅進病人前額葉,‘憑手感’破壞神經纖維的粗糙手術技術,現代精神外科醫生憑藉著先進的神經影像成像技術,能精准地定位出目標神經結構的三維坐標,在盡量不破壞其他神經結構的前提下,選擇性抑制目標活動。

目前精神外科治療強迫症、憂鬱症、焦慮症、抽動穢語綜合症、神經性厭食症等等精神病的療效已經取得一定認可。

但是為了避免過去精神外科手術遭到濫用的悲劇再次發生,世界立體定向功能神經外科大會(WSSFN)與其他主要國際學會組織合作,根據現有的相關指南,共同制定出一套共識。

這套共識並沒有巨細靡遺地規定該如何開展臨床研究,但是強調進行精神外科臨床研究時,所應該尊重的原則(包括精神外科不是常規治療手段、需要獨立倫理道德委員會監督、需要與專業精神科醫師團隊合作、病人享有自主權等等)。

這套共識剛剛在Journal of Neurology,Neurosurgery and Psychiatry期刊上發表,大會相關組織正在計劃將其翻譯成世界各國語言(包括中文)。這套共識的精神,將會是未來精神外科發展很重要的精神支柱。

相關參考文獻:Nuttin, Bart, et al. “Consensus on guidelines for stereotactic neurosurgery for psychiatric disorders." Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry (2014): jnnp-2013.

 

閉路式腦深部刺激(closed-loop deep brain stimulation)

不知道讀者讀了前面的文章以後,有沒有這樣的疑問:原來功能神外醫生已經將電腦植入到病人腦裡,用來治療帕金森、阿茲海默、神經性厭食症等疾病了嗎?

這樣的說法,不完全正確,但是從某種程度上來說,功能神外手術醫師確實是已經將人腦和集成電路結合在一起,用以治療臨床上難以治療的疾病。

過去十年左右時間裡,這個埋在人腦裡的小IC能做的很有限。它只能聽命于臨床醫生的指示,24小時不間斷地給出固定強度、頻率的電流。病人可以在睡前將它關上,起床後再打開,但除此之外,它沒有任何其他功能。

但隨著科技進步,這個小IC能做的事越來越多了。研究人員除了可以透過它給予大腦適當刺激治療疾病,同時也可以用它來記錄神經信號。

而一旦有了記錄功能,它能做的事就多多了!它可以根據神經信號來判斷患者的健康情形、判斷是否需要調整電刺激的參數、判斷患者現在是否處在最佳狀況。

彷彿患者身邊跟了一個隨行醫師,隨時隨地幫助患者調整治療方案。

當然,目前還沒有達到這個境界,但是筆者相信,在不久的將來,用閉路式腦深部刺激治療神經系統疾病將成為功能神外的新標準。

然而,隨著科技的進步,科技對人性的威脅、對「人身為人的根本」的動搖,是我們不得不正視的問題。

2013年八月,美國的科學家就第一次透過電腦實現了低階的精神控制(mind control)。

相關參考文獻:Shen, Helen. Implant aims to track brain signals in real time. Nature: 12 Nov. 2013.

 

Mind meld? Scientist uses his brain to control another guy’s finger

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當機器可以窺探我們的神經活動時,是否也代表著我們的精神世界,我們「內心的想法」這最後的隱私的防線,也將跟著一起毀於科技的進步呢?

“I fear the day that technology will surpass our human interaction. The world will have a generation of idiots.”愛因斯坦擔心的「科技將取代人與人之間的互動」,似乎已經成為大勢所趨(我們是否已成為他口中的「白癡的一代」則暫時不得而知)。

筆者相信,無論如何,科技進步的腳步不會停下。用電腦技術改善人的記憶力、改變人的精神世界、甚至控制他人的行為,這都是已經在發生的事了。

人類該如何在科技日新月異的世界裡,保衛、傳承人性的餘光?比起純粹科技發展,這需要更多的智慧。

關於作者

Hemmings

認為科學必須從基礎紮根,相信經典必有其價值和意義。 通過介紹諾貝爾大師們的研究工作和嚴謹態度,在大眾科學的汪洋中推廣經典科學理論以及科學精神的重要性,並冀望藉此能讓讀者以一個更寬廣的角度來欣賞現代社會之包羅萬象。