醫療與資通訊科技（Information and communications technology, ICT）的結合愈來愈廣泛，將人工智慧（artificial intellegence, AI）、大數據分析、光電技術導入疾病的診斷、治療及製藥等階段，已是醫療領域的熱門議題。本文以原發性顫抖症及帕金森氏症（又譯巴金森氏症）為例，邀請該領域重量級的醫師學者，分享上述疾病臨床診斷與治療的挑戰、國際上的研究進展，以及跨領域合作帶來的醫療創新。
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<h2>小腦腦波 精準揪出顫抖症</h2>
腦波（electroencephalogram, EEG）檢查可以看到腦中各種不同的反應，且具有非侵入性的優勢，成為研究腦部疾病的最佳利器之一。為神經科醫師的臺大醫學院藥理所潘明楷教授表示，在開發小腦腦波前，他的研究團隊與美國哥倫比亞大學郭昇翰醫師共同合作，透過哥倫比亞大學的腦庫，找到小腦微結構的變化，在動物實驗發現神經功能異常的關鍵，進而應用於人類疾病的研究，並開發出臨床小腦腦波偵測技術。他表示，「過去，受限於硬體及小腦附近肌肉的雜訊干擾，因此著重在大腦腦波訊號的擷取，後來我們在實驗室運用演算法去除雜訊，就可以準確地記錄到小腦的訊號，進而應用到更多人類疾病的研究上。」
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以顫抖症為例，顫抖症是人類最常見的動作障礙疾病，盛行率為帕金森氏症的5倍，成年人約有4～6％的人罹患此病，老年人更高達20％，對日常生活造成很大的困擾。但在臨床上，顫抖症的診斷卻不容易，根據世界動作障礙學會2018年的治療建議，顫抖症確診需耗時3年，因沒有好的檢測工具，僅靠臨床觀察及透過各種檢測一一排除，不僅效率不彰，也無法得知是否有所遺漏。然而，小腦腦波可以偵測出患者小腦不正常的神經所產生的共振，精準辨識出顫抖症，並應用到新藥開發。
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<h2>人類的AI 就是小腦？神經科學家對小腦的重新認識</h2>
過去的研究側重於大腦，因其運作機制較明確，例如：掌管記憶的腦區失靈就會導致失憶，對於小腦則沒有太多著墨。潘明楷教授指出，小腦其實有許多特別之處，例如：小腦的神經數量是大腦的3.5倍；其次，小腦的結構類似在AI技術發展上扮演重要角色的圖形處理器（graphical processing unit, GPU），小腦就像AI一樣，當大腦進行決策後，小腦負責後續優化工作。小腦不只牽涉人類的動作協調，跟感覺及認知功能都有關，他指出「以前神經科學家發現小腦的構造像是AI平行運算時，沒有人了解它的重要性，自從AI技術興起後，大家才發現原來人類的AI就是小腦。」
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另外，在疾病方面無論是顫抖症、帕金森氏症、失智症等都已證實與小腦有關，在大腦功能完全喪失前，小腦其實會默默支撐腦部的運作，潘明楷教授認為：「在很多大腦的疾病的臨床診治上，我們發現神經細胞已經陣亡超過50％，卻都沒有症狀出現，很多時候因為小腦在背後出力。因此希望藉由小腦腦波資訊的解讀，並結合臺灣優勢光電技術，找到特定生物標記，幫助病人早期發現、早期治療。」
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<h2>帕金森氏症診斷與治療的瓶頸</h2>
帕金森氏症（Parkinson&#8217;s disease, PD）是一種神經退化性疾病，好發於老年人，臨床主要症狀有動作緩慢、靜態性顫抖、四肢僵硬及步態不穩。林口長庚醫院神經肌肉疾病科主治醫師陳瓊美醫師表示，該疾病診斷率約70％，至今仍無法根治。
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該疾病主要病理特徵是腦細胞質中路易氏體（Lewy body）的堆積，以及中腦黑質細胞的死亡，導致無法產生足夠的多巴胺神經元。陳瓊美醫師提到，目前主要的治療方式是補充多巴胺或多巴胺促效劑，剛開始通常藥物治療很有效且穩定，我們稱之為蜜月期，但藥效的蜜月期僅能持續3到5年，病情仍會持續惡化，且在增加藥物劑量與頻率的情形下，隨著使用左多巴胺（ L e v o d o p a ）的時間愈長，疾病也愈嚴重，藥物療效時間會愈來愈短，病人會出現藥物不良反應，例如運動波動障礙，包括異動症（dyskinesia）及開-關現象（on and off）。這時就會考慮使用深層腦部刺激術（deep brain stimulation, DBS），植入病患的丘腦下核（subthalamic nucleus, STN）、蒼白球內核（globus pallidus internal segment, GPi）以及丘腦的腹中央區（ventro-intermediate nucleus, VIM）任一區域，以改善症狀與減少用藥。然而對多巴胺治療反應差的病人，使用DBS是無效的，亦即任何臨床症狀，過去因服用左旋多巴胺能有效改善者（如動作緩慢、僵直、顫抖或步態不穩），DBS均能有效改善此類症狀。相反的，如果一些症狀從前並不能因服用左旋多巴胺來改善，同樣的DBS手術亦無法改善此類症狀。此外，她認為這些治療方法都只是治標不治本，因為神經元的退化並沒有因為DBS的治療而減緩。
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目前，正在發展的治療方法還有基因治療及幹細胞治療。基因治療是將攜帶特殊基因型的病毒植入患者腦中的殼核或黑質，以補充缺少的多巴胺或促進多巴胺的生成。不過，陳瓊美醫師指出：「這類的基因治療仍是治標的方法，對細胞凋亡沒有幫助，因此也有研究將攜帶促神經生長因子Neurturin或膠質細胞源性神經營養因子( glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)的病毒注入殼核 （putamen），希望減緩神經細胞凋亡及增加神經元存活，在動物實驗已獲得成功，然而第二期的Neurturin臨床試驗並沒有成功，專家還在探討沒有成功的原因，但是其中有一個最大的原因是注入腦內的攜帶基因的病毒並無法全部滲透且分布於所有殼核範圍中，也因此嘗試解決這方面問題的臨床試驗也正在進行中，另外目前正進行GDNF臨床試驗第一期研究使用對流增強遞送（Current Enhanced delivery, CED）GDNF於殼核的劑量遞增之安全性。」在幹細胞治療方面，日本京都大學的高橋淳（Jun Takahashi）教授及其團隊已証實誘導性多功能幹細胞（induced pluripotent stem cell, iPS）衍生的多巴胺前驅神經細胞在大鼠及猴子的模型有治療功效，基於動物試驗的成功，他們團隊於2018年啟動於帕金森氏症治療的臨床試驗，臨床試驗第一期仍持續進行中。此外，澳洲與大陸也正進行類似的臨床試驗，將人類卵細胞以孤雌生殖的方式誘導成幹細胞，現正進行臨床試驗第一期。
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<h2>聚焦超音波打開血腦屏障 神經退化治療露曙光</h2>
陳瓊美醫師實驗室目前最新研究是針對帕金森氏症的病理機轉，發展新藥；此外，她也和國立臺灣大學電機工程學系劉浩禮教授及長庚大學放射醫學研究院林中英副教授合作進行動物模式的研究，利用微脂體（liposome）包裹GDNF，注射進小鼠的靜脈，再使用聚焦超音波打開小鼠的血腦屏障，讓藥物順利進入，增加小鼠神經元的存活量，改善其病理變化。她表示，神經退化性疾病為什麼很難治療？是因為藥物很難進到大腦裡，除了分子太大，還有一個關鍵因素，就是血腦屏障（blood brain barrier, BBB），會阻隔所有不屬於腦內的物質，這也是我們在治療這類疾病上最重要的問題。不過目前這個方法，臨床上也有人應用在腦瘤治療，但都只是個體試驗，還有待未來更多的研究，揭開致病關鍵，造福更多病人。
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（客座總編輯 <a href="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/">| 長庚醫療財團法人生物醫學轉譯研究所／特聘講座教授 華瑜、國立中央大學生醫理工學院院長 / 認知神經科學研究所講座教授 阮啟弘</a>；研究顧問團隊 | 臺大醫學院副院長／臺大醫院神經部主治醫師 謝松蒼、中央研究院生物醫學科學研究所副所長 陳志成、國立臺灣大學心理系特聘教授兼系主任 周泰立、臺北醫學大學人文暨社會科學院副院長／臺北醫學大學心智意識與腦科學研究所所長 曾祥非；責任編輯 | 段芊卉、葉于甄）

透過跨領域合作，為腦部疾病診斷與治療帶來醫療創新的可能，同時也推薦國際上的研究進展。

小腦腦波獲亞太經濟合作會議（APEC）選為13個可改善人類健康的新科技之一。圖片提供／潘明楷教授

巴金森氏症是一種神經退化性疾病，是腦細胞質中路易氏體（Lewy body）的堆積，及中腦黑質細胞的死亡，導致無法產生足夠的多巴胺神經元。