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文章学习---经颅聚焦超声刺激（TUS）对灵长类动物大脑皮层激活的影响

news 来源：原创 2025/5/3 3:59:57

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文章链接https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6372282/

背景知识

TUS技术 ：TUS是一种非侵入性的脑刺激技术，通过聚焦超声波来调节大脑活动。与传统的脑刺激技术（如TMS和TES）相比，TUS能够更精准的作用于大脑深部区域，且无需开颅手术。
研究目标：以往的研究多关注TUS在刺激期间的即时效果，本文旨在探索TUS是否能够在刺激结束后持续影响大脑活动，即所谓的“离线”效应。

研究方法

实验设计：研究者使用了6只健康的雄性猕猴作为实验对象，分别对他们的辅助运动区（SMA）和前额叶皮层（FPA）进行了TUS刺激。实验采用“离线”刺激方案，即在完成40秒的超声刺激后，等待至少40分钟再进行fMRI扫描，以观察刺激结束后大脑活动的变化。
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超声刺激参数：使用250kHz的超声频率，30毫秒的脉冲，每100毫秒重复一次，持续40秒。基于数值模拟，SMA目标的最大峰值压力和空间峰值平均强度估计为0.88MPa和24.1W/cm2；FPC目标的最大峰值压力和空间峰值平均强度分别为1.01MPa和31.7W/cm2；SMA和FPC时间平均空间峰值强度分别为7.2W/cm2和9.5W/cm2。

fMRI扫描：在TUS结束后约40分钟至2小时之间，对猕猴进行三次的fMRI扫描，每次持续约26分钟。通过fMRI扫描，能够观察大脑不同区域之间的功能连接变化。

实验结果

区域特异性效应：TUS能够显著改变被刺激区域（SMA和FPC）的功能连接模式。例如，SMA在正常状态下与感觉运动系统紧密相连，而TUS刺激后，SMA与感觉运动系统的连接增强，但与远距离、弱连接区域的联系减弱。类似的变化也发生在FPC区域。
在这里插入图片描述 长期效应：TUS的效应能够持续超过1小时，甚至在刺激结束后2小时仍可观察到，这种长期效应可能与神经可塑性的改变有关。

非神经元信号变化：除了神经元活动的影响，TUS还引起了脑膜（包括脑脊液和血管）中的信号变化。这些变化可能是由于超声波对血管的直接影响，导致脑血流的改变。
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安全性评估：通过结构MRI和组织学检查，未发现TUS对大脑造成明显的结构性损伤或炎症反应，表明该技术在实验条件下是安全的。

结论

· TUS的神经调节能力：该研究表明TUS能够在刺激结束后持续调节大脑活动，且这种调节具有区域特异性，能够精准地作用于特定的大脑区域。
·潜在应用：TUS的长期效应和非侵入使其成为研究灵长类动物大脑功能和治疗神经精神疾病（如癫痫、抑郁症等）的有力工具。
·非神经元效应的重要性：研究还强调了TUS可能通过影响脑膜和血管系统来间接调节大脑活动，这一发现提示未来研究需要进一步探索TUS的机制和优化刺激参数。