一项新技术可能改变脑部疾病的治疗前景

　　

人类大脑对内部和外部变化的适应性，被称为神经可塑性，是理解记忆和学习等认知功能以及各种神经系统疾病的基础。由基础科学研究所(IBS)认知与社会中心的PARK Joo Min博士领导的团队进行的一项新研究揭示了一种可能改变大脑疾病治疗前景的新技术。该团队开发了一种称为模式低强度低频超声(LILFUS)的非侵入性脑刺激方法，它在诱导大脑功能的长期变化方面具有巨大的潜力。

传统上，磁和电脑刺激方法已被用来调节大脑功能。然而，这些方法具有固有的局限性，限制了它们的空间分辨率和穿透深度，这使得以最佳效果精确刺激特定大脑区域具有挑战性。更有侵入性的方法，比如那些需要外科手术的方法，对特定的深部脑刺激表现出更好的控制和治疗效果，但它们也有组织损伤、炎症和感染等风险。这些限制促使人们寻找能够克服这些限制的替代方法，并提供更有效和精确的脑功能调节。

在IBS公布的最新研究中，研究人员使用超声波对特定的大脑区域进行精确刺激。与电磁波不同，超声波的优点是能够深入到脑组织中。研究人员发现，超声波刺激可以通过激活关键的分子通路来调节神经可塑性——大脑自我重组的能力。具体来说，该研究指出了超声对星形胶质细胞中机械敏感钙通道的影响，这种通道控制着细胞摄取钙和释放神经递质的能力。

LILFUS是基于特定的超声参数设计的，这些参数模拟了在学习和记忆过程中观察到的θ(5赫兹)和γ(30赫兹)振荡的脑波模式。这种新工具允许研究人员随意激活或关闭特定的大脑区域——间歇性的超声波传输被发现会诱发长期的增强效应，而连续的模式会导致长期的抑郁效应。

这项新技术最有前途的方面之一是它能够促进获得新的运动技能。当研究人员对小鼠的大脑运动皮层进行超声波刺激时，他们观察到运动技能学习和找回食物的能力有了显著的改善。有趣的是，研究人员甚至能够改变老鼠对前肢的偏好。这表明在中风幸存者和运动障碍患者的康复治疗中有潜在的应用。

这项研究的意义远远超出了运动功能。它可以用于治疗抑郁症等疾病，其中大脑兴奋性和可塑性的改变是突出的特征。随着进一步的探索，LILFUS可以适用于各种脑刺激方案，为从感觉障碍到认知障碍的各种疾病带来希望。“本研究不仅开发了一种安全、长效的神经调节新技术，而且揭示了脑波超声神经调节的分子机制变化。我们计划继续进行后续研究，将这项技术应用于治疗与大脑异常兴奋和抑制相关的脑部疾病，以及增强认知功能。”基础科学研究所认知与社会性研究中心Park Joo Min博士说。

Kim, H-J., et al. (2024) Long-lasting forms of plasticity through patterned ultrasound-induced brainwave entrainment. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.adk3198.