新工具通过结合超声和遗传学激活深部大脑神经元

帕金森氏病和癫痫等神经系统疾病在深部脑刺激治疗方面取得了一些成功，但那些需要手术装置植入。圣路易斯华盛顿大学的一个多学科团队开发了一种使用聚焦超声的新脑刺激技术，该技术能够打开和关闭大脑中特定类型的神经元，并精确控制运动活动，而无需植入手术设备。

该团队由 McKelvey 工程学院生物医学工程助理教授和医学院放射肿瘤学助理教授 Hong Chen 领导，他们是第一个提供直接证据表明大脑中神经元的非侵入性、细胞类型特异性激活的团队通过结合超声波诱导的加热效应和遗传学，他们将其命名为声热遗传学。这也是第一项表明超声-遗传学组合可以通过刺激大脑深处的特定目标来有力地控制行为的工作。

由美国国立卫生研究院 BRAIN 计划部分资助的三年研究结果于2021 年 5 月 11 日在线发表在Brain Stimulation 上。

高级研究团队包括来自麦凯维工程学院和医学院各领域的知名专家，包括生物医学工程教授崔建民;Joseph P. Culver，放射学、物理学和生物医学工程教授;医学系传染病科医学副教授Mark J. Miller;和迈克尔布鲁查斯，前华盛顿大学，现在华盛顿大学麻醉学和药理学教授。

“我们的工作提供了证据，表明声热遗传学在针对大脑深部部位的同时，在自由移动的小鼠中引起了行为反应，”陈说。“声热遗传学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。”

使用小鼠模型，Chen 和团队将含有 TRPV1 离子通道的病毒构建体传递给基因选择的神经元。然后，他们通过可穿戴设备通过低强度聚焦超声向大脑中的选定神经元传递少量热量。仅比体温高几度的热量激活了 TRPV1 离子通道，该通道充当打开或关闭神经元的开关。

“我们可以将佩戴在自由活动小鼠头部的超声波设备移动到整个大脑的不同位置，”该论文的第一作者、生物医学工程研究生杨姚恒说。“因为它是非侵入性的，这项技术有可能在未来扩大到大型动物和潜在的人类身上。”

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