神經(jīng)調(diào)節(jié)包括一系列緩解癥狀(如疼痛或震顫)或恢復(fù)運(yùn)動(dòng)或功能的治療方法。用電能或化學(xué)物質(zhì)(可能還有聲波)對神經(jīng)元進(jìn)行治療性刺激，可以放大或抑制大腦或身體中的神經(jīng)元沖動(dòng)。超聲波形式的聲學(xué)信號(hào)提供了一類很有前途的神經(jīng)調(diào)節(jié)，這將是一種特別有價(jià)值的方法，因?yàn)樗欠乔秩胄缘?mdash;—不需要植入電極進(jìn)行刺激的外科手術(shù)。超聲波提供了一種臨時(shí)調(diào)制，可以進(jìn)行調(diào)整以獲得所需的效果。現(xiàn)在研究人員已經(jīng)證明它有可能針對具有特定功能的神經(jīng)元。
由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授 Bin He 博士領(lǐng)導(dǎo)并部分由美國國家生物醫(yī)學(xué)成像與生物工程研究所 (NIBIB) 資助的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了使用低濃度神經(jīng)調(diào)節(jié)方法的潛力。強(qiáng)度超聲能量，稱為經(jīng)顱聚焦超聲，或tFUS。在發(fā)表在2021年5月4日，發(fā)行紙質(zhì)自然傳播中，作者描述tFUS實(shí)驗(yàn)與演示非侵入性神經(jīng)調(diào)節(jié)替代嚙齒動(dòng)物。
“經(jīng)顱聚焦超聲是一種很有前景的方法，可用于治療各種形式的慢性疼痛，以及其他應(yīng)用，”生物機(jī)器人系統(tǒng) NIBIB 項(xiàng)目主任 Moria Bittmann 博士說。“在癥狀包括使人衰弱的疼痛的情況下，外部產(chǎn)生的頻率和強(qiáng)度受控的超聲波脈沖可能會(huì)抑制疼痛信號(hào)。”
在他們的研究中，He 和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)組件，其中包括一個(gè)超聲波換能器和一個(gè)記錄神經(jīng)元信號(hào)數(shù)據(jù)的設(shè)備，稱為多電極陣列。在與麻醉嚙齒動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)中，研究人員穿透顱骨和大腦的各種短脈沖聲波，針對特定的神經(jīng)元在大腦皮質(zhì)。他們用多電極陣列同時(shí)記錄了來自不同神經(jīng)元類型的電生理信號(hào)的變化。
當(dāng)信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元發(fā)送到另一個(gè)神經(jīng)元時(shí)，無論是參與感官還是控制運(yùn)動(dòng)，該信號(hào)在神經(jīng)元之間的突觸或連接處的發(fā)射稱為尖峰。研究人員觀察到的兩種類型的神經(jīng)元是興奮性和抑制性神經(jīng)元。當(dāng)研究人員使用 tFUS 直接向興奮性神經(jīng)元發(fā)出重復(fù)的超聲波刺激脈沖時(shí)，他們觀察到脈沖率或峰值升高。他們觀察到，受到相同 tFUS 能量的抑制性神經(jīng)元沒有表現(xiàn)出明顯的尖峰率干擾。該研究表明，超聲信號(hào)可以通過顱骨傳輸，以選擇性地激活特定的神經(jīng)元亞群，從而有效地針對具有不同功能的神經(jīng)元。
“我們的研究地址的未滿足的需要開發(fā)無毒，無成癮性，無藥物治療的人使用，”他說。“我們希望通過改變超聲頻率進(jìn)一步開發(fā) tFUS 方法，并深入了解神經(jīng)元活動(dòng)，以便這項(xiàng)技術(shù)有利于大腦健康的最佳機(jī)會(huì)。”
標(biāo)簽： 神經(jīng)元
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