超声突破一次性瞄准多个脑网络

摘要：研究人员研发出一款突破性超声设备，能同时刺激大脑多个精确位点，在无创神经调节领域实现重大飞跃。与早期单点刺激方法不同，该技术采用低强度超声脉冲，降低过热及大脑不受控兴奋风险。此方法还能让科学家同步观察大脑活动，直接了解哪些神经网络受影响。虽仍处于动物早期测试阶段，但该方法有望为神经和精神疾病带来新疗法。

关键事实

• 多点精准：用类似全息图的超声波一次刺激3 - 5个脑区。
• 低强度更安全：以降低的超声功率工作，将大脑或血管损伤风险降至最低。
• 未来应用：可辅助治疗阿尔茨海默病、癫痫、震颤、帕金森病、抑郁症及中风。 来源：苏黎世联邦理工学院

如今人们拍的第一张照片通常是子宫内的超声扫描图。但这项技术的作用远不止于此。物理治疗师长期用超声加热身体组织，肿瘤外科医生用高强度超声及其在体内产生的热量摧毁肿瘤。除阿尔茨海默病、震颤和癫痫外，其他潜在医学应用还包括抑郁症、帕金森病及中风康复治疗。

过去十年，科学家也在研究低强度超声如何靶向影响大脑神经活动。初步临床试验已在验证这种“神经调节”能否缓解阿尔茨海默病或癫痫症状，或减轻震颤患者的颤抖。现在，苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和纽约大学的研究人员成功改进了大脑超声刺激技术。他们研发的设备首次能同时精确刺激大脑中的三个或多达五个位点，研究已证明这一点。此前只能在一定程度上做到，且精度低得多。苏黎世联邦理工学院及苏黎世大学教授丹尼尔·拉赞斯基解释说：“鉴于大脑以网络形式运作，同时在多个点刺激更容易激活或抑制大脑网络。”拉赞斯基与纽约大学的一位同事共同领导了这项工作。

透过颅骨 此方法通过将设备置于头顶，透过颅骨进行神经调节。这是一种无创技术，即无需开颅或其他手术干预。研究人员在实验室对小鼠进行神经调节。为此，他们将小鼠头部置于装有数百个研究人员研发的超声换能器的罩子中央。借助精密刺激电子设备，这些换能器产生短暂超声脉冲，使超声波在大脑内相互干扰。原理类似于全息图，即由光波相互作用产生的看似三维的图像。在苏黎世和纽约研究人员开发的新方法中，通过叠加大量超声波产生单个焦点。与单点刺激相比，通过同时在多个位置调节大脑网络，研究人员可用更低的超声强度。拉赞斯基解释说：“超声强度越低，对大脑越安全。”早期超声神经调节方法常存在非此即彼的效果：超声过弱则无效，强度过高会导致大脑整体不受控兴奋，有脑损伤风险。此外，高强度超声可能导致大脑或颅骨血管损伤及其他不必要的过热效应。

对蛋白质的机械影响 低强度聚焦超声脉冲有短期效应，包括焦点区域短暂升温。此外，人们认为它还会影响神经元表面控制离子进出细胞运输通道的蛋白质。哪些机制导致神经元的激活和抑制以及程度如何，研究人员仍需详细探究。新方法不仅可激活大脑网络，还能通过成像同步观察这种激活，这样研究人员能立即看到哪些网络被激活。研究人员发表在《自然·生物医学工程》杂志上的最新研究旨在开发该技术，而非针对医学应用。

动物实验对本研究至关重要 这项研究及与纽约大学研究人员的合作主要由美国国立卫生研究院资助。拉赞斯基解释说，由于该机构目前面临政治压力，不再向国际研究伙伴提供资金，研究人员目前无法在同一框架内继续合作。不过，他希望利用其他资金来源尽最大努力继续这项工作。接下来，研究人员将专注于应用，并在各种脑部疾病动物模型中测试该技术。除阿尔茨海默病、震颤和癫痫外，其他潜在医学应用还包括抑郁症、帕金森病及中风康复治疗。拉赞斯基说：“我们的研究依赖动物。在人类身上这么早阶段研究这些进展是不可能的。我们首先要学会控制干预措施，确保其对脑部疾病治疗安全有效。”拉赞斯基团队专门研发超声和光学成像技术，特别是在系统工程方面、实验方法和数据分析。纽约的同事贡献了神经科学领域的专业知识。设备研发和实验在苏黎世进行。

关键问题解答 问：这种超声脑刺激方法有什么新之处？ 答：研究人员首次能精确无创地同时刺激3 - 5个脑区。 问：为什么多点脑刺激很重要？ 答：大脑以网络形式运作，所以一次针对多个区域更容易安全有效地影响大脑活动。 问：这种神经超声技术未来能帮助治疗哪些疾病？ 答：潜在应用包括阿尔茨海默病、癫痫、震颤、帕金森病、抑郁症及中风康复。 作者：玛丽安·吕西安 来源：苏黎世联邦理工学院 联系方式：玛丽安·吕西安 - 苏黎世联邦理工学院 图片：图片来源为神经科学新闻 全息经颅超声神经调节通过协同募集分布式脑回路提高刺激效果 在此我们表明，经颅超声能引发直接且高度聚焦的反应，可在与神经功能相关的时空尺度上动态引导。为更好理解这种传统压力 - 频率二元组未完全解释的此前未探索的兴奋性机制，我们开发了一个双重建模框架，构建了经验模型和机制模型以捕捉全息经颅超声刺激的复杂性。我们的结果深入了解了超声与神经组织的复杂相互作用机制，并突出了其在分布式脑网络无创连接方面的潜力。