脑机接口新进展：无需手术，超声波可直接调控小脑活动

脑机接口可直接修复运动感知功能，帮助高位截瘫患者、渐冻症患者、失明患者恢复独立生活的能力和交流能力，也可以通过调控神经治疗一些心理疾病，在神经病学和心理健康领域有广阔前景。而非植入式脑机接口不需要植入手术，大众接受度高，其信号质量和调控精度得到改良后，在未来或许可以广泛推广。

文 | 闻静

近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员熊志奇团队在《脑刺激》（Brain Stimulation）上发表文章，报告了团队在低强度超声直接调控小脑皮层神经活动研究获得的新进展，为这种非植入式脑机接口技术的实际应用又往前推进了一步。

新兴的聚焦超声技术

脑机接口的核心是充分发挥人脑的优势，绕过人体其他器官，让大脑直接与外界装备直接进行高效互动。该领域的主要挑战在于，如何在最低限度损伤大脑和最大限度利用大脑之间达到平衡。

在神经信号质量和神经调控精度等性能上，非植入式脑机接口与植入式脑机接口还存在差异，但是非植入式脑机接口不需要植入手术，如果出现副作用好消除，大众的接受度也会更高。

脑机接口的关键是神经调控技术 —— 有针对性地将刺激（如电磁刺激、化学试剂等）传递到特定神经部位，以此调控神经活动。

目前，非植入式神经调控技术主要有经颅磁刺激（TMS）、经颅直流电刺激（tDCS），可用于精神类疾病的治疗与诊断。另外，还有新兴的聚焦超声（FUS）。相对来说，聚焦超声具有空间精度高、穿透性强和可特异作用于深部脑区等优势。

过往的相关研究主要关注超声对大脑部分区域的神经调控作用，而超声对小脑活动的调控潜力尚有待挖掘。

在该研究中，实验对象是富含脯氨酸的跨膜蛋白 2（Prrt2）基因点位突变的小鼠（缺乏 Prrt2），用超声刺激其小脑皮层表现出来的运动障碍，部分涵盖了阵发性运动诱发性运动障碍（PKD）的症状。相较于感觉诱导的肌肉反应，这样的行为反应更直观更让人信服。

研究显示，低强度超声可诱导小脑皮层神经元活动的可逆增加，并能可靠地触发 Prrt2 基因点位突变小鼠的行为反应。

研究还排除了外周听觉通路和间接听觉机制（如应激源、足电击、咖啡因、乙醇、跑步等）的影响，确认低强度超声确实对小鼠的小脑皮层有调控作用。

在实验中，可以观察到神经活动的变化持续超过了刺激持续时间。这种可能是由神经元兴奋性的改变导致的结果，是开发基于无创神经调控的康复策略的一个重要思路。本次实验，是科学家首次在细胞水平上观察到超声刺激的持续效应，这也证明了超声诱导的小脑皮层神经元持续效应的普遍性和异质性。

研究人员表示，使用更高时间分辨率的基因编码电压指示器（又称基因编码膜电位探针，是一种能将神经膜电位直接转换为荧光信号的跨膜蛋白）进行进一步的实验，可能会为解开神经回路的复杂性提供更多细节。

参考文献：

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