新型超聲頭盔無需手術(shù)即可深入大腦

基底神經(jīng)節(jié)或丘腦等深部大腦結(jié)構(gòu)對我們的行為有重大影響。如果出現(xiàn)問題，深部大腦的失調(diào)可能會引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)疾病像帕金森病或抑郁癥.

盡管這些結(jié)構(gòu)具有明顯的重要性，但我們對它們的了解仍然受到它們位置的限制，使得它們難以研究和治療。

在一項(xiàng)新研究中，研究人員推出了一種可能提供侵入性手術(shù)替代方案的設(shè)備。它采用新型超聲頭盔，不僅無需手術(shù)即可調(diào)節(jié)深部腦回路，而且據(jù)報(bào)道可以以無與倫比的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

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這項(xiàng)技術(shù)代表了我們研究和影響深部大腦的能力的飛躍，倫敦大學(xué)學(xué)院 （UCL） 的生物醫(yī)學(xué)工程師、資深作者布拉德利·特里比 （Bradley Treeby） 說。

“這一進(jìn)步為神經(jīng)科學(xué)研究和臨床治療開辟了機(jī)會?？茖W(xué)家們第一次可以非侵入性地研究以前只能通過手術(shù)才能獲得的深部腦回路中的因果關(guān)系，“特里比說.

“在臨床上，這項(xiàng)新技術(shù)可以改變神經(jīng)和精神疾病的治療，例如帕金森氏癥疾病抑郁癥，以及特發(fā)性震顫，“他說，“在針對在這些情況下發(fā)揮關(guān)鍵作用的特定腦回路方面提供前所未有的精度。

新系統(tǒng)建立在經(jīng)顱超聲刺激和 MRI 引導(dǎo)聚焦超聲等現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，但它旨在解決每種方法的局限性，例如前者的焦距精度低和后者需要穩(wěn)定顱骨螺釘。

研究發(fā)現(xiàn)，新型頭盔可以瞄準(zhǔn)大腦中比傳統(tǒng)超聲設(shè)備小 1,000 倍的大腦區(qū)域，比專門針對大腦深層區(qū)域的類似技術(shù)小 30 倍。

它使用配置在頭盔內(nèi)部的 256 個(gè)元件陣列來做到這一點(diǎn)，這些元件在佩戴者大腦的特定區(qū)域發(fā)射聚焦的超聲波束，以提高或減少神經(jīng)元活動。

該設(shè)備還包括一個(gè)軟塑料面罩，有助于穩(wěn)定佩戴者的頭部，以提高超聲波束的精度。

該研究涉及對七名人類志愿者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們戴著頭盔，而研究人員則用它來瞄準(zhǔn)他們的外側(cè)膝狀核（LGN），丘腦中參與處理視覺信息的一小部分。

一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求受試者觀看閃爍的棋盤，因?yàn)轭^盔發(fā)出的超聲波束瞄準(zhǔn)了他們的 LGN。功能的磁共振成像（fMRI） 掃描顯示視覺皮層的活動同時(shí)激增，表明 LGN 被成功擊中。

這種實(shí)時(shí)監(jiān)測能力是一個(gè)重要功能，第一作者、倫敦大學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)超聲小組的物理學(xué)家和工程師埃莉諾·馬丁說。

“我們將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為與同步功能磁共振成像兼容，使我們能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控刺激的效果，”她說.“這為閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控和個(gè)性化療法開辟了令人興奮的可能性?！?/p>

另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明了頭盔效果的持久性，視覺皮層活動的變化在刺激后持續(xù) 40 分鐘。

研究人員指出，受試者報(bào)告說，在這些測試期間，他們沒有有意識地感知到任何視覺變化，但功能磁共振成像掃描盡管如此，在預(yù)期位置顯示神經(jīng)活動發(fā)生了顯著且持續(xù)的變化。

“無需手術(shù)即可精確調(diào)節(jié)深部腦結(jié)構(gòu)的能力代表了神經(jīng)科學(xué)的范式轉(zhuǎn)變，為了解大腦功能和開發(fā)靶向療法提供了一種安全、可逆和可重復(fù)的方法，”特里比說.

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研究人員指出，需要更多的研究來充分解釋這個(gè)過程中發(fā)生的事情，但這些結(jié)果已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)突破。

牛津大學(xué)的合著者和臨床神經(jīng)科學(xué)家 Ioana Grigoras 說，這種靈巧的神經(jīng)調(diào)控以前沒有侵入性方法是不可能的，它為患有某些疾病的患者帶來了新的希望。

“我們對它在帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的潛在臨床應(yīng)用感到特別興奮，在帕金森病中，深部大腦區(qū)域尤其受到影響，”Grigoras說.

該研究發(fā)表在自然通訊.

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