非侵入性经颅超声调控人类伏隔核影响奖赏敏感性的创新研究

《Nature Communications》：Non-invasive ultrasonic neuromodulation of the human nucleus accumbens impacts reward sensitivity

本研究针对深部脑区精准调控的临床挑战，创新性地采用经颅超声刺激(TUS)技术靶向人类伏隔核(NAcc)，通过结合fMRI和行为学实验证实TUS可特异性调节奖赏相关神经活动与行为表现。研究发现5Hz TUS作用于NAcc能显著增强奖赏预期相关的BOLD信号，提高赢留策略使用率和奖赏学习率，其效应与深部脑刺激(DBS)具有可比性。该成果为神经精神疾病的非侵入性治疗提供了新途径，发表于《Nature Communications》。

　　

大脑作为人体最精密的器官，其功能异常会导致多种神经精神疾病。传统深部脑区调控主要依赖深部脑刺激(DBS)等侵入性技术，虽对帕金森病等疾病有显著疗效，但需手术植入电极，存在感染风险和适用人群限制。如何实现深部脑区的非侵入性精准调控，一直是神经科学领域的重大挑战。

近年来，经颅超声刺激(TUS)技术崭露头角。这种利用超声波穿透颅骨调控神经活动的方法，理论上可实现无创深部脑区靶向。但能否在认知任务中有效调控人类深部皮层下结构，并产生行为效应，仍有待证实。发表于《Nature Communications》的这项研究，首次系统探讨了TUS调控人类伏隔核(NAcc)在奖赏学习中的因果作用。

研究团队采用精心设计的within-subject实验方案，26名健康成人完成三次实验：NAcc靶向TUS、背侧前扣带回皮层(dACC)靶向TUS及假刺激。每次刺激后，参与者进行概率反转学习任务，同时接受功能磁共振成像(fMRI)扫描。这种巧妙的实验设计既能评估TUS的神经调控效果，又能检测其行为后果。

关键技术方法包括：使用NeuroFUS系统进行个性化TUS靶向，基于T1加权MRI生成伪CT进行声学模拟确保靶点准确性；采用5Hz重复TUS脉冲模式(脉冲持续时间20ms，脉冲重复间隔200ms)持续80秒；通过概率反转学习任务结合fMRI评估神经行为效应；使用双学习率强化学习模型量化行为变化；与三名NAcc-DBS治疗厌食症患者进行对比验证。

TUS-NAcc诱导奖赏相关行为的特异性改变

行为分析显示，TUS-NAcc特异性增强了奖赏与后续赢留行为间的关联。与假刺激相比，TUS-NAcc后参与者更倾向于重复获得奖赏的选择(赢留策略)，这种效应在刺激后28-35分钟最为显著。学习曲线分析进一步表明，TUS-NAcc提高了参与者选择高概率奖赏选项的倾向，尤其在任务反转初期更为明显。

强化学习模型揭示，TUS-NAcc特异性提高了奖赏反馈后的学习率(α⁺)，而非奖赏反馈后的学习率(α^-)无显著变化。值得注意的是，当参与者需要在两个低概率选项间选择时，TUS-NAcc还增加了适应不良的赢留行为，即即使面对低奖励选项，参与者仍倾向于重复选择。

任务相关TUS改变脑活动

fMRI分析发现，TUS-NAcc显著增强了NAcc及相邻纹状体、丘脑等脑区对奖赏预期的BOLD信号响应。全脑分析进一步证实，与假刺激相比，TUS-NAcc在包括腹内侧前额叶皮层(vmPFC)、前岛叶等广泛脑区增强奖赏预期相关活动。

相比之下，TUS-dACC主要影响奖赏交付相关的神经活动，在dACC及内侧前额叶区域引发更强烈的BOLD响应。这种区域特异性效应有力证明了TUS的靶向精确性和功能特异性。

DBS-NAcc影响与TUS-NAcc相同的奖赏相关行为指标

为验证TUS效应机制，研究还纳入三名接受双侧NAcc-DBS治疗的厌食症患者。结果显示DBS-NAcc同样影响奖赏敏感性，但方向与TUS相反：DBS开启状态下患者选择高概率选项的倾向降低，奖赏敏感性减弱。这种极性差异可能反映TUS的兴奋性效应与高频DBS的功能性抑制效应。

研究结论强调，TUS可实现人类深部皮层下结构的非侵入性精准调控，诱导早期神经可塑性变化。通过特异性调制NAcc活动，TUS能改变奖赏学习相关行为，效应与DBS具有可比性。这种调控具有区域特异性，TUS-dACC产生不同于TUS-NAcc的行为神经模式。

该研究的创新价值在于首次证实TUS在认知任务中调控人类深部脑区的可行性，为研究脑功能因果关系提供新工具。鉴于NAcc在成瘾、抑郁等疾病中的核心作用，TUS有望发展为这些疾病的非药物疗法。未来研究需探索最佳TUS参数个体化方案，并拓展至其他深部脑区靶点。

值得注意的是，TUS效应可能通过连接网络间接介导，需结合高时间分辨率方法进一步阐明其神经机制。此外，个体基线特征和疾病状态可能影响TUS效果，在临床应用前需系统评估。总体而言，这项工作为深部脑调控开辟了新途径，推动非侵入性神经调控向精准化、个性化方向发展。