通过组合超声波，遗传学，新工具激活深脑神经元

帕金森病和癫痫等神经系统疾病具有深入脑刺激的治疗成功，但这些需要手术装置植入。在圣路易斯华盛顿大学的多学科团队开发了一种新的脑刺激技术，使用聚焦超声波能够在大脑中转动特定类型的神经元，并精确控制没有手术装置植入的电动机活动。

该团队由麦凯维工程学院生物医学工程和医学院放射肿瘤学助理教授陈洪(音译)领导，是第一个提供直接证据表明非侵入性，通过结合超声诱导的热效应和遗传学，哺乳动物大脑中神经元的细胞类型特异性激活，他们将其命名为热遗传学。这也是第一次表明超声波-基因结合可以通过刺激大脑深处的特定目标来稳定地控制行为。

结果三年的研究，部分由国家卫生大学大脑倡议的国家资助，在线发表脑刺激5月11日，2021年。

高级研究团队包括麦克莱维工程学院和医学院的领域着名专家，包括剑民崔，生物医学工程教授;Joseph P. Culver，物理学和生物医学工程的放射学教授;Mark J. Miller，医学院医学院副教授;和迈克尔布鲁查尔斯，前者是华盛顿大学，现在华盛顿大学的麻醉学和药理学教授。

陈说:“我们的工作提供了证据，证明热遗传学激发了自由移动的老鼠的行为反应，同时瞄准了大脑深处。”“sonthermogenetics有可能改变我们的神经科学研究方法，并发现理解和治疗人类大脑疾病的新方法。”

用一个鼠标模型，陈和团队将含有TRPV1离子通道的病毒构建体递送至转基因的神经元。然后，通过可穿戴装置通过低强度聚焦超声将小突发的热量聚焦超声送入大脑中的选择神经元。热量，仅比体温更加升温，激活了TRPV1离子通道，其用作开关以打开或关闭神经元。

“我们可以将超声设备佩戴在自由移动的小鼠头上，以在整个大脑中定位不同的位置，”姚恒杨说，纸上的第一作者和生物医学工程研究生。“因为它是非侵入性的，这种技术有可能将未来扩大到大型动物和潜在的人类。”

该工作在崔立实验室发表的研究中建立了研究科学报告2016年，崔和他的团队首次发现超声波可以影响离子沟道活动，并可能导致新的和非侵入性的方式来控制特定细胞的活性。在他们的工作中，他们发现聚焦超声调制通过平均达到23％流过离子通道的电流，这取决于通道和刺激强度。在这项工作之后，研究人员发现靠近10个离子通道，这种能力，但所有这些都是机械敏感的，而不是热敏。

该工作还建立在光学概念上，是光敏离子通道的目标表达的组合以及精确地递送光线，刺激大脑深处的神经元。虽然光学机构增加了新的神经电路的发现，但由于光散射，它受到渗透深度的限制，并且需要外科光纤植入。

儿疗有希望以毫米级的分辨率瞄准小鼠大脑中的任何位置，而不会导致任何损坏脑陈说。她和团队继续优化技术并进一步验证他们的发现。

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