心跳稳定的鼓点很容易消失在我们日常生活的背景中，很少有人考虑到其脉搏的可靠性。
但对于那些出现心律失常的人来说，情况就更加令人担忧了——他们的心跳是由一种叫做起搏器的救生设备监测和控制的，这种起搏器会向心脏发出有控制的电击，以停止颤动，让心脏有机会重新找到节奏。
上图：一种新型起搏器。
为了研究一颗心脏跌跌撞撞、结结巴巴地陷入混乱的颤抖，一般会有各种方式，但通常都会利用小动物作为模型。尽管，它们带来了便利和道德上的好处，但是，它们的体型可能会让科学家很难监控和回应它们微小心脏的变化。
现在，由亚利桑那大学生物医学工程师菲利普·古特鲁夫（PhilippGutruf）领导的一组科学家开发了一种可植入装置，使研究小动物的心脏病学变得容易得多。作为奖励，它有一天可能将成为治疗人类心脏疾病的一种全新方法的基础。
该设备设计得足够灵活，适用于较小的测试对象，为监测它们的心脏电生理提供更好的分辨率。它使用光而不是电信号，当检测到不正常的节律时，它会产生更轻微的震动。
与当前起搏器的电信号不同，电信号可能会干扰记录能力，给医生留下的是心脏发作的斑驳图像，使用光刺激心脏意味着，该系统可以提供连续的心跳模式记录——即使在需要除颤的情况下也是如此。
菲利普·古特鲁夫解释道：“目前的起搏器记录的基本是一个简单的阈值，它们会告诉你，‘这将导致心律失常，现在将是休克！但这款设备上有一台电脑，你可以输入不同的算法，让你以更复杂的方式调整速度。它是用来研究的。”
到目前为止，该设备只在老鼠身上进行了测试，但研究人员设计它来提供更精确的（可能也是更少痛苦的）心脏刺激。
它的工作原理是使用一种叫做光遗传学的技术，通过这种技术，像心脏或大脑中的兴奋细胞可以根据需要在光的作用下被激活。在这种情况下，小鼠心肌细胞通过基因工程表达一种对蓝光敏感的膜结合蛋白。打开灯，细胞就开始行动。
该设备的美妙之处在于它柔软的薄膜阵列，像花瓣一样展开，包裹着心脏。这种舒适感与目前的起搏器连接心脏的方式截然不同，目前的起搏器是通过一根或两根导线植入心脏。
植入心脏起搏器的人会感到不适，植入部位周围会有抽筋的疼痛。在一些罕见的病例中，他们甚至可能发展成复杂的胸部区域疼痛综合征。
通过一个或两个接触点刺激心脏，也会使心脏除颤的精确度低于理想水平。
菲利普·古特鲁夫解释说：“心脏内的所有细胞，包括疼痛感受器，都会同时受到冲击，这就是为什么起搏或除颤会感到疼痛的原因。它会影响整个心肌。”
相反，由于这种新设备只激活触发收缩的心肌细胞，绕过疼痛感受器，研究人员希望它能提供一种更舒适、更精确的同步不规则心跳的方法。
西北大学的生物医学工程师伊戈尔·埃菲莫夫（IgorEfimov）说：“目前，我们必须对整个心脏进行电击才能做到这一点，而这些新设备可以更精确地瞄准目标，使除颤既更有效又更不痛苦。”
正如研究小组在他们的论文中所描述的那样，该装置的原型被植入老鼠的胸腔外，使用一个定制的涂药器和一条缝线，通过红外上行链路共享心率数据。
研究人员首先分析了老鼠心脏跳动的几何和力学，利用这些信息设计和激光制造了灵活的四叉网状结构，这样它就可以在心脏跳动时随心脏移动。
上图：这是一个花朵状的装置，其“花瓣”排列灵活，呈蓝色（左），并附在一个小鼠心脏上（右）。
研究人员在自由活动的小鼠身上测试了这种无线设备，结果表明，该设备可以检测到异常节律，并以毫秒级的精度刺激或“调节”心脏，而且光脉冲产生的热量也不会损伤心脏组织。
研究人员报告说，该设备检测异常心跳的准确性也可与目前市面上的无线心率监测设备相媲美。
尽管，像这样的动物研究结果很有希望，但光遗传学在人类中的应用仍处于早期阶段。这项技术需要基因疗法（使细胞对光线敏感），以及一种可植入的电子设备，以一种可控的方式刺激细胞。
虽然，光遗传学已经在临床试验中用于治疗罕见的遗传性眼病，但使用该技术监测并可能治疗心脏不规律，仍然是一种新兴的方法，需要首先在动物身上进行更多的研究。当然，还有许多挑战需要克服，包括将编码光敏蛋白的遗传指令安全有效地传递到心脏细胞。
菲利普·古特鲁夫和他的同事指出，还需要做更多的工作来模拟复杂的心律失常，并改进这种特殊设备的模式来感知和纠正不同类型的心律失常。
因此，就目前而言，这个花朵状的装置是一种优雅的研究工具，至少在动物模型中可以用来研究心律失常和其他心脏问题。
这项研究发表在《科学进展》杂志上。
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