舊工具新應用:以超音波刺激大腦後成功喚醒昏迷病人

文章發表:2017/08/30

黃浥暐

壹、議題概要*

2016年八月,加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles, UCLA)醫療團隊使用超音波裝置,以低強度聚焦超音波脈動「重啟」人腦,促使一位25歲男性病患脫離昏迷狀態,且清醒之後續表現更出現顯著進步之情形。這是超音波首次以此方式成功運用於昏迷治療,假使這項技術能再造其他成功案例,對於昏迷病患的治療將是一大進展。

貳、討論與分析

昏迷,即無意識狀態,肇因於頭部損傷、中風以及中毒等因素形成的大腦損傷所致,從而造成病人無法對外界刺激做出回應。因此目前採取的醫療處置僅為保持病患生理機能穩定,但就腦神經學治療觀點而言,現今仍未發展出有效的治療方式。在某些特殊病例中,病患可進行深層腦部刺激術(deep brain stimulation, DBS),即是將電極以外科手術植入視丘(Thalamus),以電流對其腦神經元進行刺激,然而此類手術需極高精確度,同時亦有引發顱內出血、感染等風險。由於此手術中,電極需要放置的深度需相當精準,導致深度腦刺激手術過程尤其危險。且其雖可於某些情況之下產生效果,但成功與否仍屬碰運氣的成分居多1。視丘,位於大腦皮層與中腦之間的位置,為傳遞感覺訊息(嗅覺除外)至大腦皮層的中繼站,且主導人體的睡眠─覺醒週期及維持警醒狀態,因此成為昏迷病人的治療目標。

近來UCLA的治療團隊在負責人M. Monti的帶領下,嘗試以超音波直接刺激病人視丘,其採用低強度聚焦超音波脈動(low-intensity focused ultrasound pulsation)作為治療工具;此裝置僅有咖啡杯碟大小,因此可製造一股小範圍聲波能量,以刺激特定截面範圍腦部組織,因其強度較一般都卜勒超音波掃描器為低,故對人體非常安全。研究人員的治療策略是每分鐘引發一次長達30秒的脈衝,並重複10分鐘。

過去超音波絕大多數被應用於進行影像診斷,近幾年來,其具備之振動分子與傳遞機械波等性質被型研究以做出更廣泛之運用2,3,尤其超音波在高強度聚焦下能產生熱能,此曾被用於治療自發性震顫、帕金森氏症等腦部疾病,透過不需打開顱骨即可破壞或截斷過度表現的腦部組織之程序,比起傳統手術而言,更為安全與簡便,特別適合應用在腦部深層結構。而低強度聚焦超音波,則因能量較低熱能產生較少,故不會造成組織破壞,且於某種目前尚未明確被發現與定義的機制下,其可激發神經細胞活性,故被運用在UCLA此次的治療策略,希望能透過刺激病患視丘神經元,促使其重新活化,從而使功能恢復。

從此一研究結果來看,病患在治療之前幾乎沒有意識,僅能在指令之下進行極為侷限的些微動作,但於治療後的當天,病患反應已出現顯著進步,到第三天時,已重新恢復語言理解力與意識,可以以搖頭或點頭等動作表達是或否之概念,其甚至嘗試以「擊拳」動作與醫師道別。治療團隊相當振奮,認為:「這幾乎如同將病患的神經重新啟動一般。」然而從較為保守的觀點來說,這一成果也可能是病患本就具有自發性復元傾向,僅是恰逢研究團隊於此一時機點執行了此一治療處置,因此尚需更多臨床案例加以佐證。倘若能成功將此結果複製在其他病患的治療,超音波將成為省錢、快速且安全的治療選擇,未來此裝置可能發展成頭盔式,促使治療策略執行更加容易,為昏迷與植物人治療帶來新的希望。

參、延伸閱讀

  • 施景中、謝豐舟,立體超音波的原理與臨床應用,台灣醫學, 3卷5期,1999年9月,631-635頁。

註釋

  • Tim Newman, Coma Patient’s Brain ‘Jump-Started’ Using Ultrasound, MEDICAL NEWS TODAY, Aug. 24, 2016, http://www.medicalnewstoday.com/articles/312515.php 返回內文
  1. Patricia Churchland, Brain Stimulation May Give Hope to Coma Patients, THE WALL STREET JOURNAL, Jul. 8, 2015, http://www.wsj.com/articles/brain-stimulation-may-give-hope-to-coma-patients-1436369491(last visited Aug. 28, 2017). (last visited Aug. 28, 2017). 返回內文
  2. Alexander Bystritsky, Alex S. Korb, Pamela K. Douglas, Mark S. Cohen, William P. Melega, Amit P. Mulgaonkar, Antonio Desalles, Byoung Kyong Min & Seung Schik Yoo, A Review of Low-Intensity Focused Ultrasound Pulsation, 4(3) BRAIN STIMUL125-136 (2011). 返回內文
  3. Ehsan Rezayat & Iman Ghodrati Toostani, A Review on Brain Stimulation Using Low Intensity Focused Ultrasound, 7(3) BASIC CLIN NEUROSCI 187-194 (2016). 返回內文

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