超声调控神经技术取得突破, 无创治疗脑疾病成为可能
知社学术圈
海归学者发起的公益学术平台
分享信息，整合资源
交流学术，偶尔风月
先看一段视频：中国科学院深圳先进技术研究院运用低频低强度经颅超声刺激小鼠大脑，并诱发动作响应。超声调控神经技术是当前国内外热点，近期突破不断，无创治疗脑疾病可能不再遥远。。。
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=e0166befbtg&width=500&height=375&auto=0
脑深部神经核团刺激与环路调控是研究其发病机制及对其干预治疗的主要途径，也是脑科学研究的重大前沿问题。现有电极刺激和光遗传学等神经调控技术与工具为侵入式手段，限制了其在脑疾病研究中的应用。这也是为什么前段时间北大清华因为磁感应蛋白的论文纠纷而闹得沸沸扬扬，因为张生家将其用于磁场调控神经。
超声波作为一种机械波，其力学效应控制神经元电活动的新机制的发现，则使其成为能无创地开展神经刺激的新手段。另外，超声的穿透能力比较强，可以深入大脑深部组织，这对于大型动物来说也具有很大优势，发展超声敏感神经调控（Sonogenetics,声遗传或声基因操作）具有重大科学意义。
近日，科学家成功用超声波刺激蠕虫大脑单个神经元，控制其神经元放电并进而控制蠕虫的行为活动，研究成果近日在Nature Communication上发表，如下图所示。这种技术的核心是利用触摸感应通道蛋白（touch-sensitive channel proteins）对超声敏感的特性，用基因工程技术将这种分子基因转入大脑神经细胞，超声波刺激时可打开这种离子通道，从而激活神经元放电。文章作者Chalasani 小组使用的蛋白是一种痛觉离子通道TRP-4。超声在空气中的传播能力不强，科学家将线虫放在培养皿并置于水中，在培养皿表面添加微小脂质泡产生振动以放大超声的强度。通过在不同功能的神经元上表达TRP-4蛋白，科学家可以让线虫改变活动方向或停止活动。目前他们正在用小鼠进行试验，小鼠本身不表达TRP-4，所以无法了解是否能产生同样效应。
中国科学院深圳先进技术研究院超声神经调控研究团队近年来致力于超声神经调控、超声深部脑刺激的深入体系化的研究。在超声刺激神经细胞的分子机制方面，团队与浙江大学等合作设计了新型的超声刺激装置，可实现单细胞水平的超声刺激，利用电生理及钙成像技术，发现神经胶质细胞在声波的作用下将产生电活动，胞内钙离子浓度得到显著提升。如下图所示。在动物行为学方面，研究团队采用低强度、低频率的超声脉冲，精确定位并实现对健康小鼠大脑的实时无创刺激，实验结果表明经颅超声脉冲能有效地诱发小鼠的肢体及尾巴的动作响应，如视频所示。通过分析各肢体的肌电信号，发现经颅超声具有较好地空间靶向性。脑组织切片分析表明，低强度经颅超声没有引起可觉察的组织损伤。
目前中科院研究人员在进一步设计声场的模态，实现多焦点同时或可编程刺激大脑不同区域，揭示神经环路之间的相互作用。期待在不久的将来，超声作为一种新型的神经调控方式，具有无创伤、穿透能力强、声场焦点可调等特点，在神经环路基础研究，特别在脑疾病干预和治疗方面将展示出特殊的优势和巨大的应用前景。
点击以下蓝色链接，还可阅读关于磁感应蛋白及其神经调控的争议
喝茶聊天心有灵犀，钻研切磋触类旁通
回复“目录”或“分类”，浏览知社更多精华。长按二维码识别，可以关注/进入公众号进行回复。