大脑刺激和模拟实验室
与衰老和神经退行性疾病相关的认知缺陷对世界各地的卫生保健构成了重大挑战。
2015年，全世界有近4600万人患有痴呆症，预计到2050年这一数字将达到1.15亿*。这表明越来越需要有效的治疗方法来减轻认知能力下降和早期发现神经变性的有效方法。在脑刺激和模拟实验室，我们将物理学，神经科学和生物医学工程相结合，研究跨越生命周期的神经病理学的新诊断和治疗方法。
在我们的实验室里，我们使用电磁脑刺激来暂时改变神经元的活动，这可以改善记忆、执行和运动功能。这些方法安全、便宜、副作用少，但效果是短暂的。通过计算建模和神经科学实验，我们试图理解和改进大脑刺激的工作原理。我们研究的第一步是对研究参与者进行磁共振成像（MRI）扫描。我们用这个扫描来建立一个头部和所有组织的计算机模型。有了这个模型，我们就可以计算出施加在头皮上的刺激在大脑中引起的电场。在确定MRI扫描的目标大脑区域后，我们使用该模型来找到最佳地向这些区域输送电流的电极位置。
通过核磁共振成像扫描，我们建立了计算头部模型，然后我们用它来计算通过头皮上的电极施加刺激在大脑中引起的电场。图像:Sumientra Rampersad
在这一点上，我们的研究从计算转移到实验。我们把参与者带到实验室参加临床试验。在接受五天的大脑刺激前后，他们完成了一系列认知测试和扫描。两个阶段的表现差异证明了刺激的影响。我们最近完成了一项临床试验，用三个不同的刺激组和一个安慰剂组来研究动机在记忆功能中的作用。本研究结果可能为安全、有针对性的无创脑刺激预防和治疗痴呆症开辟了一条新的途径。
如果早期发现衰退，成功治疗的前景就会大大改善。目前，神经心理学评估的有效性受到低敏感性、散发性和主观报告的阻碍。我们的实验室正在开发一款智能手机应用程序，它可以从应用程序的使用、打字速度和位置数据等信息中估计认知功能的变化。通过将这些数据与现有模型进行比较，该应用程序可以在用户自己注意到变化之前检测并预测认知能力下降。在最初的研究中，我们获得了为期一年的实验室测试和应用程序数据来构建模型，我们正在计划多年的后续研究来完成应用程序。我们的应用程序的成功将改变当前监测认知功能的方法，增强现有的临床评估，为更早、更准确和个性化的治疗铺平道路。
我们的实验室欢迎各个层次的学生，从高中到博士，以及所有专业，作为研究助理。对医学成像或计算工作感兴趣的学生将学习基本的神经解剖学，并学习如何构建将在我们的研究中使用的基于mri的头部模型。希望从事实验工作的学生学习如何进行MRI，脑电图（EEG），认知和运动测试，以及如何应用脑刺激。然后，他们独立地为我们的一项或多项研究进行实验。如果有兴趣，请联系我们。
*资料来源：Prince， M.《2015年世界阿尔茨海默病报告：痴呆症的全球影响：患病率、发病率、成本和趋势分析》。
物理学助理教授