新型超声头盔无需手术即可深入大脑

基底神经节或丘脑等深部大脑结构对我们的行为有重大影响。如果出现问题，深部大脑的失调可能会引发神经系统疾病像帕金森病或抑郁症.

尽管这些结构具有明显的重要性，但我们对它们的了解仍然受到它们位置的限制，使得它们难以研究和治疗。

在一项新研究中，研究人员推出了一种可能提供侵入性手术替代方案的设备。它采用新型超声头盔，不仅无需手术即可调节深部脑回路，而且据报道可以以无与伦比的精度进行调节。

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这项技术代表了我们研究和影响深部大脑的能力的飞跃，伦敦大学学院 （UCL） 的生物医学工程师、资深作者布拉德利·特里比 （Bradley Treeby） 说。

“这一进步为神经科学研究和临床治疗开辟了机会。科学家们第一次可以非侵入性地研究以前只能通过手术才能获得的深部脑回路中的因果关系，“特里比说.

“在临床上，这项新技术可以改变神经和精神疾病的治疗，例如帕金森氏症疾病抑郁症，以及特发性震颤，“他说，“在针对在这些情况下发挥关键作用的特定脑回路方面提供前所未有的精度。

新系统建立在经颅超声刺激和 MRI 引导聚焦超声等现有方法的基础上，但它旨在解决每种方法的局限性，例如前者的焦距精度低和后者需要稳定颅骨螺钉。

研究发现，新型头盔可以瞄准大脑中比传统超声设备小 1,000 倍的大脑区域，比专门针对大脑深层区域的类似技术小 30 倍。

它使用配置在头盔内部的 256 个元件阵列来做到这一点，这些元件在佩戴者大脑的特定区域发射聚焦的超声波束，以提高或减少神经元活动。

该设备还包括一个软塑料面罩，有助于稳定佩戴者的头部，以提高超声波束的精度。

该研究涉及对七名人类志愿者进行实验，他们戴着头盔，而研究人员则用它来瞄准他们的外侧膝状核（LGN），丘脑中参与处理视觉信息的一小部分。

一项实验要求受试者观看闪烁的棋盘，因为头盔发出的超声波束瞄准了他们的 LGN。功能的磁共振成像（fMRI） 扫描显示视觉皮层的活动同时激增，表明 LGN 被成功击中。

这种实时监测能力是一个重要功能，第一作者、伦敦大学学院生物医学超声小组的物理学家和工程师埃莉诺·马丁说。

“我们将该系统设计为与同步功能磁共振成像兼容，使我们能够实时监控刺激的效果，”她说.“这为闭环神经调控和个性化疗法开辟了令人兴奋的可能性。”

另一项实验证明了头盔效果的持久性，视觉皮层活动的变化在刺激后持续 40 分钟。

研究人员指出，受试者报告说，在这些测试期间，他们没有有意识地感知到任何视觉变化，但功能磁共振成像扫描尽管如此，在预期位置显示神经活动发生了显着且持续的变化。

“无需手术即可精确调节深部脑结构的能力代表了神经科学的范式转变，为了解大脑功能和开发靶向疗法提供了一种安全、可逆和可重复的方法，”特里比说.

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研究人员指出，需要更多的研究来充分解释这个过程中发生的事情，但这些结果已经相当于一个突破。

牛津大学的合著者和临床神经科学家 Ioana Grigoras 说，这种灵巧的神经调控以前没有侵入性方法是不可能的，它为患有某些疾病的患者带来了新的希望。

“我们对它在帕金森病等神经系统疾病中的潜在临床应用感到特别兴奋，在帕金森病中，深部大脑区域尤其受到影响，”Grigoras说.

该研究发表在自然通讯.

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