Optically-generated聚焦超声与超高精度无创性脑刺激
了解大脑功能和功能障碍如何引起疾病,形式与高精度调节神经活动是必要的。脑刺激模式以毫米精度通常激活多个功能区域,导致意想不到的反应。
因此,神经调节与超高精度需要映射工具大脑为分区调节人口不多的神经元。电刺激工具是神经调节的研究和疾病治疗的黄金标准,但目前泄漏限制在几毫米精确控制的目标。
光遗传学提供了一个无与伦比的空间分辨率和亚细胞特异性靶向细胞类型,然而病毒转染人类大脑限制了他们的应用程序。新兴经颅集中超声波(tFUS)作为非侵入性神经调节方法提供millimeter-level精度在不同的模型。
低超声频率的~ 1 MHz或少即是首选在tFUS颅效率高,但限制了其空间分辨率1到5毫米。到目前为止,非侵入性脑刺激通过聚焦超声波0.1毫米的空间分辨率并没有被证实。非侵入性的非遗传性神经调节与超高精度仍然是一个关键的未满足的需求。
在最新发表的一篇论文光:科学与应用程序,一组科学家和工程师,由季新成和陈阳从波士顿大学教授,美国,开发了optically-generated聚焦超声(人)无创性脑刺激与超高精度。
人是由一个软光声垫(SOAP)捏造通过嵌入蜡烛炭黑纳米颗粒在弯曲聚二甲硅氧烷薄膜。通过光声效应,蜡烛炭黑纳米粒子吸收入射激光脉冲并将能量转换成热膨胀和压缩,导致超声波脉冲的产生。
超高精度的经颅焦点83年µm通过SOAP,这是piezo-based低频tFUS伸手够不着的地方。这样的突破得益于高产生的声频蜡烛炭黑纳米粒子的混合层和PDMS和被限制通过几何设计具有高数值孔径。
人可以直接和经颅单循环刺激可靠和安全,验证了在体外培养神经元钙成像。独特的单周期调制所唤起动作电位与更低的总比tFUS超声波能量输入。
研究人员还验证了非侵入性颅神经刺激小鼠和人的免疫荧光成像和电生理记录。因此,人提供超高精度变化对神经学研究分区单元的大脑。
值得注意的是,人展示了令人兴奋的潜在疾病的治疗,如调节复杂的大脑功能和histotripsy。唤起大脑的复杂功能,人设备可扩大成一个巨大的数组多点神经调节。而传统PZT-based超声阵列与大量的电缆连接到每个元素对病人重穿,轻人设备还提供了改进的可访问性和耐磨性为长期治疗。
设备,此外,不满没有金属部件,进一步改进提供兼容实时核磁共振成像(MRI)和功能性核磁共振监控指导。这些人的特点使实时功能磁共振成像评价刺激治疗和为闭环治疗在临床应用提供机会。此外,人提供了一个机会来改善histotripsy时空控制。
传统传感器histotripsy驱动下成千上万伏,遭受介质击穿的风险。人可以改善空间与更高的频率控制,提供一个更好的时间精度与单周期,并提供与高强度超声波通过改善输入光的能量没有介质击穿的风险。
独特的特点突出人的未来方向应用超声手术改善时空控制,最小化损失,蓄热周围组织。
