闭环声学脑机接口存在三个方面的障碍。首先，迫切需要将准确和实时的算法集中在基于 EEG 数据的癫痫发作检测上，这确实使它们在治疗癫痫的闭环神经调控中越来越重要。其次，虽然迷走神经的电刺激可以治疗癫痫，但没有研究证明超声刺激迷走神经可以控制癫痫发作，包括有效的刺激参数和调节机制。第三，缺乏相关的系统阻碍了无创BCI 治疗癫痫等脑部疾病。

本文开发了一种新的闭环声学脑机接口（aBCI）系统，该系统实时解码癫痫发作事件，并相应地触发迷走神经的超声刺激以控制癫痫发作。首先建立了一个多级阈值模型作为闭环aBCI的解码器，可以自动处理EEG信号并实时检测癫痫发作，实现按需抑制癫痫发作，避免过度治疗并提高安全性。然后确定了一个参数集，该参数集选择性地激活结节神经节中的机械敏感离子通道，同时抑制海马和杏仁核中的神经元兴奋性。物理切断或化学阻断迷走神经通路会消除aBCI对癫痫的保护作用。总的来说，这些结果表明闭环aBCI为癫痫治疗提供了一种新的工具。

本文使用PTZ诱导大鼠急性癫痫发作。通过分析 PTZ 注射后 2 小时内脑电图中的癫痫发作事件数量和总癫痫发作持续时间来研究aBCI的抗癫痫效果。声学参数对于癫痫发作控制至关重要。文中测试了不同的声学参数，包括脉冲重复频率（PRF）、超声时间和声压，以刺激迷走神经以获得癫痫大鼠的最佳干预参数。结果表明，与假手术组相比，20 Hz PRF的aBCI使癫痫发作总数减少了50%以上，而1 Hz PRF 倾向于增加癫痫发作总数，1000 Hz PRF的效果有限。同时，20 Hz PRF的 aBCI有效缩短了癫痫发作的总持续时间。接下来研究了超声时间（15分钟和30分钟）对抗癫痫效果的影响。结果表明，15分钟和30分钟的超声时间都减少了2小时内的癫痫发作总数。此外15分钟和30分钟的aBCI都减少了癫痫发作的总持续时间。接下来研究声压（0.45 MPa和0.9MPa）对抗癫痫效果的影响。结果表明，两种声压分别为0.45MPa和0.90MPa的干预均减少了2小时内的癫痫发作总数，而 0.90MPa的干预在疗效上表现出略优。相同的结果出现在总癫痫发作持续时间上。最终选择了 20 Hz、15 min谐振时间和0.90 MPa声压作为后续研究的优化参数。

脑电图结果显示，与假手术组相比，具有优化参数的声学脑机接口使癫痫发作总数减少了65%，癫痫发作总持续时间减少了67%。通过切除大鼠的左侧迷走神经来研究迷走神经在超声抗癫痫作用中的作用，显示实验组和假手术组在癫痫发作总数和总癫痫发作持续时间方面没有显着差异。这些结果表明，迷走神经对于aBCI的抗癫痫作用至关重要。然后比较了VNS和aBCI的急性抗癫痫作用，发现 aBCI 组癫痫发作的总数和持续时间显着减少。然而，VNS组癫痫发作总数和癫痫发作持续时间没有显着差异。

随后在闭环aBCI系统中使用PRF为20Hz、声压为0.9 MPa的超声。根据之前的研究， PTZ 注射后30分钟内单次癫痫发作的持续时间约为60秒，因此我们将超声刺激持续时间设置为60秒。结果显示，假手术组单次癫痫发作的持续时间为21至60秒;而闭环aBCI组单次癫痫发作的持续时间为11至40秒，主要集中在21至30秒之间。同时，脑电图结果显示，与假手术组相比，闭环aBCI组单次癫痫发作的持续时间缩短了25.7%。比较假刺激、随机 aBCI 和闭环 aBCI 的抗癫痫效果：随机刺激组在 PTZ 注射后 30 分钟内触发随机超声输出，而闭环 aBCI 组在检测到癫痫发作后触发迷走神经的超声刺激。结果显示随机 aBCI 组和假手术组单次癫痫发作的持续时间没有显着差异，而闭环aBCI组与假手术组相比癫痫发作持续时间显着缩短。进一步研究了超声刺激迷走神经控制癫痫的机制。因此，我们假设超声激活NG中的MSCs以抑制大脑中的神经元兴奋性。结果表明NG内的MSC可能参与aBCI对迷走神经的调节作用。然后注射MSC拮抗剂 GsMTx4以阻断NG中的MSC，同时给对照组注射生理盐水。在盐水处理组中，闭环aBCI显着缩短了单次癫痫发作的持续时间，而在GsMTx4给药组中，闭环aBCI未能抑制癫痫发作。

研究还发现，与GxMTx4闭环aBCI组相比，盐水闭环aBCI组单次癫痫发作的持续时间缩短了27%。这些结果表明，在NG中阻断MSC会破坏闭环aBCI的抗癫痫作用。aBCI通过迷走神经传入通路抑制边缘系统的异常兴奋性海马体和杏仁核是边缘系统的重要核心，在癫痫的发生和发展中起着关键作用。为了进一步研究aBCI的中枢调节作用，观察到c-Fos表达以评估边缘系统和迷走神经传入途径核中的神经元活动。当神经元受到刺激时，早期基因 c-Fos 表达为 c-Fos 蛋白，因此，可以通过c-Fos的表达来评估神经元激活的程度。首先检查同侧海马体和杏仁核。对照组大鼠仅接受相同的麻醉、固定和假刺激，未接受PTZ注射诱导癫痫发作。我们的结果发现，在对照组大鼠的海马体和杏仁核中很少检测到c-Fos的表达。与此形成鲜明对比的是，在PTZ处理组中观察到强大的c-Fos表达，表明PTZ可以诱导海马和杏仁核的神经元放电。与假手术组相比，aBCI组海马体和杏仁核中的c-Fos表达显着降低。有趣的是，在对侧海马体和杏仁核中发现了类似的趋势。

最后确定了迷走神经传入途径，包括孤束核（NTS）、蓝斑（LC）和中缝背核（DRN），是否参与aBCI的抗癫痫作用。结果表明，与假刺激相比，PTZ诱导的癫痫发作增加了双侧NTS、LC和DRN中的c-Fos表达，而aBCI刺激降低了NTS 中的c-Fos表达。aBCI在DRN中显示出下调c-Fos表达的趋势。此外，aBCI不能抑制迷走神经切断术后的神经元放电，表明完整的颈迷走神经对于迷走神经通路的aBCI调节至关重要。

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