新型超聲頭盔無需手術即可深入大腦

基底神經節或丘腦等深部大腦結構對我們的行為有重大影響。如果出現問題，深部大腦的失調可能會引發神經系統疾病像帕金森病或抑郁癥.

盡管這些結構具有明顯的重要性，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。

在一項新研究中，研究人員推出了一種可能提供侵入性手術替代方案的設備。它采用新型超聲頭盔，不僅無需手術即可調節深部腦回路，而且據報道可以以無與倫比的精度進行調節。

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

“這一進步為神經科學研究和臨床治療開辟了機會。科學家們第一次可以非侵入性地研究以前只能通過手術才能獲得的深部腦回路中的因果關系，“特里比說.

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

新系統建立在經顱超聲刺激和 MRI 引導聚焦超聲等現有方法的基礎上，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定顱骨螺釘。

研究發現，新型頭盔可以瞄準大腦中比傳統超聲設備小 1,000 倍的大腦區域，比專門針對大腦深層區域的類似技術小 30 倍。

它使用配置在頭盔內部的 256 個元件陣列來做到這一點，這些元件在佩戴者大腦的特定區域發射聚焦的超聲波束，以提高或減少神經元活動。

該設備還包括一個軟塑料面罩，有助于穩定佩戴者的頭部，以提高超聲波束的精度。

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

一項實驗要求受試者觀看閃爍的棋盤，因為頭盔發出的超聲波束瞄準了他們的 LGN。功能的磁共振成像（fMRI） 掃描顯示視覺皮層的活動同時激增，表明 LGN 被成功擊中。

這種實時監測能力是一個重要功能，第一作者、倫敦大學學院生物醫學超聲小組的物理學家和工程師埃莉諾·馬丁說。

“我們將該系統設計為與同步功能磁共振成像兼容，使我們能夠實時監控刺激的效果，”她說.“這為閉環神經調控和個性化療法開辟了令人興奮的可能性。”

另一項實驗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 40 分鐘。

研究人員指出，受試者報告說，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，在預期位置顯示神經活動發生了顯著且持續的變化。

“無需手術即可精確調節深部腦結構的能力代表了神經科學的范式轉變，為了解大腦功能和開發靶向療法提供了一種安全、可逆和可重復的方法，”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過程中發生的事情，但這些結果已經相當于一個突破。

牛津大學的合著者和臨床神經科學家 Ioana Grigoras 說，這種靈巧的神經調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系統疾病中的潛在臨床應用感到特別興奮，在帕金森病中，深部大腦區域尤其受到影響，”Grigoras說.

該研究發表在自然通訊.

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