Nature Communications | 伦敦大学学院和牛津大学的顶尖团队打造了一套“神经调控头盔”：先进的经颅超声系统

大脑深部的基底节和丘脑核团，是掌控人类行为的核心中枢。它们的失调与帕金森病、抑郁症、癫痫等多种顽固性神经和精神疾病息息相关。

深部脑刺激（DBS）手术虽然是某些疾病的“最后希望”，但其侵入性的本质让无数患者望而却步。而我们熟知的无创技术，如经颅磁刺激（TMS），其能量很难穿透厚厚的颅骨，精准抵达深部目标，就像试图用手电筒照亮深海的沉船。

“我们需要的是一把既能无损穿墙，又能精确点亮一盏灯的钥匙，”该研究的共同通讯作者，伦敦大学学院的Bradley E. Treeby教授或许会这样比喻。这把“钥匙”，就是他们打造的全新超声系统。

这顶看似平平无奇的头盔，内部却集成了四大创新突破：

1. 超高密度阵列：头盔内壁密布着256个微型超声波发射器。它们协同工作，像无数道光束汇聚于一点，形成一个体积仅为 3 mm^3 的超精准焦点。这个精度，比之前所有用于健康人的深部刺激设备提升了整整30倍，足以精确瞄准一个“杏仁”大小的神经核团。

2. 私人定制的“GPS”：如何确保每个人的头都能在头盔里被精准定位？团队放弃了冰冷的金属头架，转而为每位受试者开发了一套基于其自身MRI扫描数据3D打印的“贴身面罩”。这套系统像一个私人定制的导航支架，确保超声焦点能以亚毫米级的精度稳定地对准目标。

3. 智能路径规划：颅骨是超声波的天敌，会使其偏航和衰减。为此，研究团队利用强大的计算软件“k-Plan”，为每个人的大脑和颅骨建立独一无二的声学模型，提前规划好每一束超声波的“行进路线”，确保它们最终能准确无误地在预定地点“会师”。

4. “直播”调控效果：最令人兴奋的是，这套系统还能在进行神经调控的同时，与fMRI扫描仪协同工作。这意味着，科学家们可以像看“现场直播”一样，实时观察到他们的超声刺激在整个大脑网络中掀起了怎样的“涟漪”。

图 1 先进的经颅超声系统设置和组件

为了证明这套系统的强大能力，研究团队选择了一个极具挑战性的目标——外侧膝状体（LGN）。这是视觉信号进入大脑皮层前的最后一个“中继站”，体积小且位置深。

图 2 (c)规划图像显示：T1加权磁共振（灰度显示）、阈值化处理后显示颅骨的CT图像（绿色）、视觉任务的功能性激活信号（紫色）、外侧膝状体核团（LGN）的统计分割结果（蓝色）以及模拟目标压力的–6 dB等值面（黄/红色）。(d)视觉系统示意图，展示左右LGN与初级视觉皮层之间的神经连接关系。

实验结果堪称惊艳：

• 当超声“点亮”LGN时，下游负责处理视觉信息的初级视觉皮层活动性也随之“火力全开”，反应强度显著提升。

• 当换用一种特殊的“θ脉冲”模式进行短暂刺激后，视觉皮层的活动则被“调暗”了，并且这种抑制效果在刺激停止后，依然持续了至少40分钟。

“我们不仅证明了我们能精确地‘敲响’深脑的这口‘钟’，还能控制它发出悠长而持续的‘回响’，”牛津大学的共同通讯作者Charlotte J. Stagg教授表示。

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未来已来：从“读脑”到“写脑”的跨越

这项技术的诞生，意味着人类对大脑的探索正式从“观察相关”迈向“探究因果”的新阶段。科学家们终于有了一个安全、可逆的工具，去主动“叩问”大脑深处的每一个角落，揭示它们在认知和疾病中的确切功能。

特别地，在临床治疗领域存在类似的应用。例如，一项近期研究使用了临床磁共振引导聚焦超声（MRgFUS）系统，通过低功率、非热效应的超声波刺激丘脑中的腹中间核及齿状核红核丘脑束，成功地为特发性震颤患者带来了持续的症状减轻。这项应用与该文的研究非常相似，都实现了对深部脑核团的精准神经调控，但其使用的系统需要通过神经外科头架进行固定，因此不适用于健康受试者的研究。此外，MRgFUS技术也已被成功用于热消融治疗，通过聚焦热量摧毁目标组织来治疗特发性震颤。同时，其他研究团队也在开发类似的超声系统，尽管精度稍低，但也已在一些概念验证性研究中成功调节了其他深部脑区（如扣带皮层亚区）的活动。

因此，伦敦大学学院和牛津大学科研团队开发的这套TUS系统更是凸显出不可估量的临床应用前景。对于数百万遭受神经和精神疾病折磨的患者来说，一个无创、精准、个体化的治疗方案正从科幻走向现实。无论是作为DBS手术前的“模拟导航”，还是作为一种全新的独立疗法，这项技术都有可能在未来十年内，彻底改写脑疾病的治疗版图。