焦點快播：科普｜神經調控技術如何操控我們的大腦？

近年來，隨著技術的迅速發展，科學家越來越多地開始嘗試將神經調控技術應用于神經和精神疾病的干預，并嘗試通過非侵入的手段治療腦疾病。

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神經調控技術作為一種新興的前沿技術，是指利用光、磁、電、超聲等物理性或者化學手段對中樞神經、周圍神經等進行干預，從而發揮激活或者抑制興奮的調節作用，讓人產生原本不存在的感覺。

近日，來自神經科學領域多位全球頂尖科學家在天橋腦科學研究院（TCCI）與《科學》雜志聯合舉辦的年度會議上，介紹了神經調節與腦機接口技術最前沿的進展，這些技術有別于傳統的深部腦刺激（DBS）等，聚焦光遺傳學等新興的神經調控技術領域。

光遺傳學方興未艾

來自美國加州大學戴維斯分校（UC Davis）電子與計算機工程學系教授楊暐健正在利用先進光學技術監測手段，在神經元集群水平上進行神經調控。神經元集群（ensemble）是指在時間和空間上發生共激活的一組神經元，集群間的協調活動是大腦認知與行為的基礎。

楊暐健利用高通量雙光子成像顯微鏡，在非常短的時間內對腦深部的大量神經元活動進行成像觀察；同時，借助遺傳學手段將特定的光通道蛋白表達在特定神經元中（光遺傳學），能夠使得科學家利用光來激活或抑制神經元活動。

楊暐健表示，高通量雙光子成像與全息光遺傳學技術的結合能實現在細胞水平上對神經系統的同時“讀取“和”寫入”，是對神經環路進行解剖的有力工具，二者結合將把神經科學研究帶入嶄新時代。

除了光學手段，聲波在腦科學研究中也有著無限潛力。相比于光，聲波和磁場對組織有更好的穿透力，例如根據神經血管耦合原理，通過超聲檢測微血管血流動力學變化，可間接測出神經元的活動變化。

來自加州理工學院化學工程系的Mikhail Shapiro教授正在用超聲技術對黑猩猩進行實驗：他在大猩猩頭部放置的超聲探頭，通過檢測血流動力學改變測得神經元的活動變化，這種超聲信號在大猩猩做出行為反應之前就已能預測它們的活動意圖，為開發無創腦機接口提供了可能。

Shapiro教授團隊還提出了聲學靶向化學遺傳學概念，原理是在細胞類型特異性前體的引導下，使特定細胞表達化學受體，令特定區域對特定藥物的敏感性增強。利用這項技術，超聲將能成為一種非侵入性的腦部藥物遞送工具。

美國斯坦福大學材料科學和工程學系教授洪國松則結合了光與聲波，聚焦聲波-視覺交互作用在神經調節上的應用，提出了聲-光遺傳學技術的新想法，聚焦超聲在腦局域中產生的光學信號可以對大腦進行“掃描”，紅外激發信號能進行無創神經調控；結合兩者，他們將在材料開發上進一步深入，希望未來對動物、乃至人的非侵入性神經調控成為可能。

腦機接口用于神經康復治療

來自蘇黎世聯邦理工學院衛生科學與技術學院的Stanisa Raspopovic教授正在研究一種用于神經康復的腦機接口技術，例如感覺神經假體，通過在假體上增加傳感器，并將電極置入神經殘端，傳感器接受的外界信號通過神經殘端進入大腦，讓大腦可以協調步態活動。在實際試驗中，失去單側肢體的患者能精準地定位到假肢上的哪個部位受到了刺激。

德國弗萊堡大學醫學中心神經外科教授Carola Haas介紹了一種低頻電刺激技術，在不影響海馬體功能前提下，能夠更安全地治療癲癇發作。

Haas教授表示，傳統治療癲癇的藥物手段缺乏空間特異性，也有很多副作用，而手術治療又會破壞腦功能，并且這種破壞效應是不可逆的。現在利用低頻電刺激（low frequency stimulation，LFS）來治療顳葉內側癲癇，與高頻刺激相比，LFS對大腦注入的電流更小，電同步過程更加自然。在小鼠上進行的試驗表明，LFS小鼠與未受刺激的同窩小鼠具有相似的焦慮水平；也不會干擾空間記憶的形成。這些發現有望轉化為臨床上更有效、安全的局灶性癲癇治療方案。

一位資深神經調控領域的研究員對第一財經記者表示：“神經調控領域技術在臨床上已經有了豐富的進展和落地應用，每天都有數萬病人受益于相關治療。對于像光遺傳學這樣的新技術而言，仍在轉化的過程中，雖然很有潛力，但更需要時間來打磨，同時也應該更多地通過科普宣傳引起更多人的關注以及資本和人力的投入。”

標簽： 腦機接口 神經調控