2003年，史蒂夫·乔布斯被诊断出患有一种罕见的胰腺癌。起初，他延误了常规治疗，导致癌症迅速恶化。当他选择手术治疗时，癌细胞已经扩散到器官周围的组织。手术已经无法进行。
乔布斯癌症进展的结果并不局限于胰腺癌，他只是数百万人中的一个。
据世界卫生组织估计，2020年将有 1000 万人死于癌症，比疟疾、肺结核和艾滋病的总和还要多。2020 年约有 1810 万人检测呈阳性，其中 308 102 人患有脑癌。所有癌症患者的一个共同问题是：我如何开始治疗，治疗会对我产生什么影响？
化疗发展于 20 世纪 40 年代，是癌症患者的主要治疗手段。然而，由于血脑屏障限制了许多药物进入脑组织，脑癌患者面临着独特的挑战。因此，某些化疗药物被设计成能穿过血脑屏障，靶向作用于脑部癌细胞。
目前正在开发新的给药方式，例如鼻腔给药：
化疗通常与手术和放疗等其他治疗方法结合使用，以最大限度地提高抗癌效果。但许多问题也随之而来：
当肿瘤转移并且只有当它足够大时才被发现时，会发生什么?
在治疗过程中，如果癌症进展过快而未被发现怎么办?
目前有哪些方法可以追踪癌症？
一些公司，如Illumina、Foundation Medicine 和 Guardant Health，一直致力于检测癌细胞和了解疾病的进展。
Illumina 致力于基因组学和测序技术。他们致力于通过测序平台推进癌症研究，从而了解癌症的遗传基础并开发针对性疗法。
Foundation Medicine 致力于确定患者肿瘤的基因组变化。利用这些信息可以更有效地为患者匹配疗法或临床特征。
Guardant Health 专注于液体活检技术。他们使用非侵入性血液测试来检测与癌症相关的基因突变，这有助于监测癌症的进展。
总的来说，使用基因组学技术跟踪脑癌进展的一些缺点是
活检样本有限--很难从脑部获取组织样本来分析遗传物质。
肿瘤异质性：脑肿瘤，尤其是胶质瘤，可能具有高度的瘤内异质性。肿瘤的不同部位会有不同的遗传特征，因此很难从单个甚至几个活检样本中获取肿瘤的全部遗传情况。
基因组学行业在追踪脑癌方面的另一个不利因素也与我这篇文章的主题有关。胶质瘤的时间演化使得追踪肿瘤的变化非常具有挑战性。你可能会想：难道医生就不能进行更多的活组织检查以了解最新情况吗？
即使只做一次活检也可能造成危险或误导。肿瘤附近的正常脑组织有可能被取样。这会稀释基因信息，导致对基因组数据的误读。多次进行外科手术的弊端实在太多了。
现在怎么办？
为了避免肿瘤转移被忽视，并可能损害肿瘤附近的健康组织，如果有一种植入式技术能够检测肿瘤生长，并告诉医生在癌症发展的每个阶段该如何进行治疗，那会怎么样？这将使他们能够实时监测认知功能，并为每位患者制定独一无二的优化治疗方案。如果我告诉你，这种技术已经存在，而且其进展超出了我们的想象呢？
# 脑癌进展
在了解 BCIs 在脑癌治疗中的应用之前，有必要从概念上了解疾病的进展。影响预后的一些因素包括：
- 癌症的阶段
- 显微镜下癌细胞的异常程度
- 患者的年龄
脑癌的发病是基因改变导致细胞异常增殖的结果。这些克隆细胞会形成肿瘤，而原始的变异细胞则会受益于快速生长等优势。由起始细胞产生的细胞将成为肿瘤群体中的优势细胞。这一过程被称为克隆选择，并不会随着肿瘤的发展而停止，从而导致恶性肿瘤的快速生长。以下是患者被诊断出患有脑癌后的情况图：
通常在确诊之前，恶性肿瘤细胞就开始快速增殖，有时甚至会导致不同部位的多种并发症。这就是脑机接口发挥作用的时候了。
# 脑机接口
脑机接口是一种能解码大脑信号并将其转发到输出设备的设备，从而实现个人的预期功能。它有许多潜在的应用。Neuralink 和 ClearPoint Neuro 等公司一直致力于推动 BCI 的发展，使其能够用于假肢的运动，并将视觉想象转化为数字信号，应用领域非常广泛。那么，如果这项技术能够检测神经信号并以可视方式呈现，它是否能应用于疾病治疗呢？在跟踪认知功能进展和疾病转移方面，BCIs可以成为一种宝贵的工具。因此，临床医生可以就治疗策略做出明智的决定，从而实现以证据为基础、以患者为中心的护理。
脑机接口是如何工作的
脑机接口有4 个连续的组成部分：
信号采集：用于控制 BCI 系统的最常见信号是电信号。这就是输入。
特征提取：特征提取的目的是为电生理数据找到合适的表示方法（信号特征），以简化随后的分类或大脑模式检测。有许多特征提取方法可用于生物识别（BCI）系统，如振幅测量、频带功率、Hjorth 参数、自回归模型和小波。
特征转换/分类：分类器使用特征提取器记录的特征，将记录的信号样本归入大脑模式类别。
设备输出/应用界面：系统的反馈或输出最终被转化为可用于控制各种设备的适当信号。高级应用包括控制假肢设备和多媒体应用。
BCI的组成部分
BCI 在临床方面的应用情况如何？
BCI尚未用于跟踪疾病进展。不过，它们已被用作 ALS 患者的居家助手。神经反馈方案还被用于治疗多动症等疾病，但肿瘤追踪将是一项新应用。迄今为止，BCIs 的应用仅限于缓解症状，如癌症或癌症治疗导致的运动障碍或瘫痪。
然而，一个关键的转折点出现了，在放射治疗前获得了脑电图数据，当癌症患者报告严重的疼痛时又获得了脑电图数据。经过 20 个疗程的生物反馈治疗后，癌症患者的认知功能、疲劳和睡眠模式均有所改善。
另一项旨在治疗脑癌患者术后运动和语言障碍的重复经颅磁刺激研究也显示了显著的改善。
最后，通过脑电图测量，化疗诱发的周围神经病变会使记录的节律振幅增大。认识到周围神经病变的存在，就能更有效、更及时地进行治疗。降低这些节律的幅度可以通过闭环BCI来实现，它使用内置机制和嵌入式算法来自动更改某些设置。通过这种方式，它可以降低大脑信号中这些模式的强度，从而满足患者的治疗需求。
以下是闭环脑机接口有助于追踪脑癌进展的几个原因:
闭环 BCI 可以根据不断变化的情况进行调整。如果大脑活动模式或与癌症相关的信号突然发生变化，BCI 可以相应地调整其监测参数或治疗策略。
每个人的脑癌及其进展情况都可能是独一无二的。闭环 BCI 可以根据患者的特定需求和模式进行定制。
植入位置的选择是脑机接口的一个重要方面，需要仔细考虑技术和医学因素。这里有几个地方可以植入脑机接口，这取决于癌症的阶段，肿瘤的类型等。
皮质内深度电极：这是一种薄型多电极阵列，可植入大脑以记录深层结构的神经活动。它们可用于癌症位于大脑深部的病例。
皮质内深度电极
硬膜下电极：这些电极放置在大脑表面，通常在头骨下方，但在硬脑膜（覆盖大脑的保护膜）上方。它们可以提供高分辨率的神经活动记录。
植入硬膜下电极
硬膜外电极:这些电极放置在硬脑膜的外表面，提供来自大脑最外层的记录。
这张图片显示了每个电极的不同位置:
# 脑机接口在癌症各个阶段的作用
使用 BCIs 监测脑癌的方法或使用时间可能因脑肿瘤的类型而异。最常见的原发性脑肿瘤是胶质瘤，包括星形细胞瘤和少突胶质瘤。每种类型都有自己特定的分期系统。以下是最常见类型的分期：
星形细胞瘤(Astrocytomas)
I级(Pilocytic Astrocytoma)：这些肿瘤生长缓慢，被认为是良性的。它们通常定义明确，通常可以通过手术切除。
II级(Diffuse Astrocytoma)：这些肿瘤被认为是低级别的，浸润性较强。它们往往生长缓慢，并可能作为高级别肿瘤复发。
III级(Anaplastic Astrocytoma)：这类肿瘤被认为是高级别肿瘤。它们生长速度较快，更有可能向附近组织扩散。
IV级(Glioblastoma)：胶质母细胞瘤是星形细胞瘤中最具侵袭性的一种，被认为是恶性程度最高的脑癌。它们生长迅速，浸润性强，可在脑组织内迅速扩散。
星形细胞瘤的分级
少突神经胶质瘤(Oligodendrogliomas):
II级：这类肿瘤被认为是低级别肿瘤，往往生长缓慢。随着时间的推移，它们可能演变为更高级别的肿瘤。
III级(Anaplastic Oligodendroglioma):与II级少突胶质细胞瘤相比，这些肿瘤的级别更高，生长速度更快，更具侵袭性。
少突胶质细胞瘤分级
现在，你已经对 BCIs 和脑癌有了全面的了解，我将简要回顾一下所有内容。BCI 是提供实时反馈、持续监测和精确控制设备的强大工具。凭借其所有功能，BCIs可以成为护理脑癌患者的宝贵资产。医护人员可以提高干预效果，改善脑肿瘤患者的生活质量。
因此，在所有不同的肿瘤类型中，BCI 将主要收集反映大脑活动变化的神经信号，这些信号表明肿瘤的存在和发展。
要了解医生在比较脑癌患者和健康人的神经活动时会注意什么，请看这些图片。
下图是脑癌患者的脑电图读数示例。
在一名 46 岁胶质瘤患者的脑电图中观察到缓慢的阿尔法活动。高亮区域显示阿尔法节律紊乱。
脑电图显示在一名 46 岁的胶质母细胞瘤患者身上观察到的颞叶间歇性有节律的 delta 活动，高亮区域显示异常的 delta 节律。
下图是健康人的脑电图读数示例。
读数均匀，无明显异常
但是，脑机接口技术如何才能应对不同类型脑肿瘤的具体挑战和特点呢？
这也许就是未来监测治疗癌症的一个可能的发展方向！
参考内容
https://medium.com/@salmelza/brain-computer-interface-for-monitoring-cognitive-function-in-brain-cancer-patients-fb3d4b3ce69e
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