用于高精度神经调节的光声学

　　

   

   

图像:光声神经刺激示意图。doi 10.1117/1.NPh.9.3.032207

神经调节在破译神经回路和探索神经疾病的临床治疗中起着重要作用。光声神经调节是一种新的和多功能的模式，提供了高穿透深度的超声，以及高空间精度的光子。

光声过程包括光脉冲在超声波频率下转换成声波。生命科学见证了光声技术的快速发展，用于活体生物结构的成像——从亚细胞结构到器官，甚至是整个动物。

波士顿大学的一个研究小组最近开始利用光声学来进行高精度的神经调节。通过重新利用最初用于手术引导的光声发射器，他们开发了第一个光声神经刺激的例子。最近，他们发明了一种新型的光声发射器，可以将精确度提高到单个神经元和亚细胞水平。在《神经光子学》发表的一篇基础文章中，他们讨论了设备设计的考虑因素、潜在机制以及将光声学作为可行神经调节工具的吸收障碍。他们还对该领域的基础研究和翻译研究的未来方向提出了自己的看法。

光听觉神经调节可以通过多种技术实现。神经元刺激已成功应用于治疗癫痫、阿尔茨海默病、帕金森病和难治性抑郁症等神经和精神疾病，可能会在光声学中找到一种新方法。因此，光声神经元刺激将避免与电刺激相关的问题，并达到更好的精度，以达到更细的神经纤维，例如，在脑瘫儿童。

引物中研究的一些新型光声学技术包括基于纤维的神经刺激、生物相容性薄膜和纳米颗粒介导。纤维或薄膜阵列形式的多路发射机可能用于刺激，例如，视网膜神经节细胞的视觉假体。

高度小型化的基于纤维的光声发射器可以将药物输送到细胞膜，或者集成到医疗设备中，如导管和针，以提供实时的手术指导。

生物兼容的光声膜与基于光纤的光声发射器件互补，可以作为新的神经接口，提供多种功能，从光声刺激到结构支持和生长引导。作为生物电子学的平台和组织支架的基础，生物兼容光声膜在骨工程中已被证明可以增强骨再生效果。通过增加脑源性神经营养因子的分泌，它们还被证明能够促进神经再生。作为一种光介导技术，光声支架消除了导线连接和基因修饰的需求。

前景是诱人的，但仍有工作要做。波士顿大学Theodore Moustakas光子学与光电子学客座教授、资深作者Cheng Ji-xin表示，“总的来说，光声神经调节与超声波相比有很多优势，包括更高的空间时间分辨率、最小的热积累和宽带宽，这使得它适用于动物模型甚至人类患者的区域特异性调节。另一方面，光声神经调节仍处于发展的早期阶段，未来的研究还面临着一些挑战。”