人脑对内部和外部变化的适应性(称为神经可塑性)构成了理解记忆和学习等认知功能以及各种神经系统疾病的基础。基础科学研究所 (IBS) 认知与社会性中心的 PARK Joo Min 博士领导的团队进行的新研究揭示了一种新技术，可以改变脑部疾病的治疗格局。该团队开发了一种称为图案化低强度低频超声(LILFUS)的非侵入性大脑刺激方法，该方法具有诱导大脑功能持久变化的巨大潜力。
传统上，磁和电脑刺激方法已被用来调节大脑功能。然而，这些方法具有固有的局限性，限制了其空间分辨率和穿透深度，使得以最佳功效精确刺激特定大脑区域具有挑战性。更具侵入性的方法，例如需要外科手术的方法，对特定的深部脑刺激表现出优越的控制和治疗效果，但它们也伴随着组织损伤、炎症和感染等风险。这些限制促使人们寻找替代方法来克服这些限制并提供更有效和更精确的大脑功能调节。
在 IBS 公布的最新研究中，研究人员使用超声波来精确刺激特定的大脑区域。与电磁波不同，超声波的优点是能够深入脑组织。研究人员发现，超声波刺激可以通过激活关键分子通路来调节神经可塑性——大脑自我重新连接的能力。具体来说，该研究确定了超声波对星形胶质细胞中机械敏感钙通道的影响，星形胶质细胞控制着细胞吸收钙和释放神经递质的能力。
LILFUS 是根据特定的超声参数设计的，这些参数模仿学习和记忆过程中观察到的 θ (5 Hz) 和 γ (30 Hz) 振荡的脑电波模式。新工具允许研究人员随意激活或停用特定的大脑区域——间歇性的超声波传输被发现会引起长期的增强效应，而连续的模式会导致长期的抑郁效应。
这项新技术最有前途的方面之一是它能够促进新运动技能的获得。当研究人员向小鼠的大脑运动皮层施加超声波刺激时，他们观察到运动技能学习和检索食物的能力显着改善。有趣的是，研究人员甚至能够改变小鼠的前肢偏好。这表明它在中风幸存者和运动障碍患者的康复治疗中具有潜在的应用前景。
这项研究的意义远远超出了运动功能。它可用于治疗抑郁症等疾病，其中大脑兴奋性和可塑性改变是其显着特征。通过进一步的探索，LILFUS 可以适用于各种大脑刺激方案，为从感觉障碍到认知障碍等各种疾病带来希望。
Park博士表示：“这项研究不仅开发了一种新型、安全、效果持久的神经调节技术，而且还揭示了脑波模式超声神经调节所涉及的分子机制变化。” 他进一步表示，“我们计划继续进行后续研究，将这项技术应用于治疗与大脑异常兴奋和抑制相关的脑部疾病以及增强认知功能。”