Ultraschallgerät ermöglicht eine präzise nicht-invasive Stimulation tiefen Gehirnregionen

Eine Ultraschallvorrichtung, die die Bereiche ohne Operation genau im Gehirn stimulieren kann, wurde von Forschern der UCL und der University of Oxford entwickelt, wodurch neue Möglichkeiten für die neurologische Forschung und Behandlung von Störungen wie Parkinson -Krankheit eröffnet werden.

Wissenschaftler suchen seit langem nach einer Möglichkeit, die Gehirnfunktion zu modulieren, was unser Verständnis der Funktionsweise des Gehirns verbessern und bei der Behandlung von neurologischen Erkrankungen unter Verwendung von nicht-invasiven Methoden, die keine Operation beinhalten, zur Behandlung von Krankheiten beitragen könnte.

Eine Technologie, die helfen könnte, ist die transkranielle Ultraschallstimulation (TUS), die kürzlich entdeckt wurde, dass sie die Aktivität von Neuronen (die wichtigsten Kommunikationszellen des Gehirns) modulieren kann, indem sanfte mechanische Impulse geliefert werden, die beeinflussen, wie diese Zellen Signale senden.

Bisher haben aktuelle Systeme jedoch Schwierigkeiten, tiefere Bereiche des Gehirns mit ausreichender Genauigkeit zu erreichen, um bestimmte Gehirnstrukturen zu zielen. Konventionelle TUS -Systeme betreffen häufig breitere Regionen als beabsichtigt und begrenzt ihren Nutzen für gezielte Neuromodulation.

Die in Nature Communications veröffentlichte Studie führt ein neues Ultraschallgerät ein, das tiefe Gehirnregionen zum ersten Mal beeinflussen kann, wobei die Gebiete rund 1.000 -mal kleiner als herkömmliche Ultraschallgeräte antreten können und 30 -mal kleiner als frühere Tiefenhirn -Ultraschallgeräte.

Die neue Technologie verfügt über 256 Elemente, die in einem speziellen Helm konfiguriert sind, um fokussierte Ultraschallstrahlen an bestimmte Teile des Gehirns zu senden, um die neuronale Aktivität nach oben oder unten zu bringen. Es enthält auch eine weiche Kunststoff -Gesichtsmaske, die hilft, die Ultraschallwellen genauer zu zielen, indem der Kopf still bleibt.

Das Forschungsteam demonstrierte die Fähigkeiten des Systems gegenüber sieben menschlichen Freiwilligen, indem sie einen Teil des Thalamus abzielte, einer kleinen Struktur im Zentrum des Gehirns, die dazu beiträgt, sensorische und motorische Informationen weiterzuleiten, die als lateraler Genikulatkern (LGN) bezeichnet wird. Das LGN ist an der Verarbeitung visueller Informationen beteiligt.

Im ersten Experiment betrachteten die Teilnehmer ein Blitz -Schachbrett, das Signale durch die Augen an das Gehirn schickte. Während der Stimulation mit dem Ultraschallgerät zeigte ein FMRI -Scan (funktioneller Magnetresonanztomographie) eine signifikant erhöhte Aktivität im visuellen Kortex der Teilnehmer, was eine präzise Targeting des LGN bestätigte.

Ein zweites Experiment ergab mindestens 40 Minuten nach Ultraschallstimulation eine anhaltende Abnahme der visuellen Kortexaktivität, wodurch das System des Systems zur Induzierung dauerhafter Veränderungen in der Gehirnfunktion hervorgehoben wurde.

Obwohl die Teilnehmer keine Veränderungen in dem, was sie während der Experimente sahen, nicht bewusst wahrnahmen, zeigten die Gehirnscans signifikante Veränderungen in der neuronalen Aktivität. Das ultimative Ziel ist es, diese Effekte zu nutzen, um klinisch vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen, wie z. B. das Anhalten von Handzittern.

Dieser Fortschritt eröffnet Chancen sowohl für die neurowissenschaftliche Forschung als auch für die klinische Behandlung. Zum ersten Mal können Wissenschaftler nicht invasiv kausale Beziehungen in tiefen Gehirnschaltungen untersuchen, die zuvor nur durch eine Operation zugänglich waren.

Klinisch könnte diese neue Technologie die Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen wie Parkinson -Krankheit, Depression und wesentlichem Tremor verändern und eine beispiellose Genauigkeit bei der Ausrichtung auf bestimmte Gehirnschaltungen bieten, die unter diesen Bedingungen eine Schlüsselrolle spielen.

Die Fähigkeit, tiefe Gehirnstrukturen ohne Operation genau zu modulieren, stellt eine Paradigmenverschiebung der Neurowissenschaften dar und bietet eine sichere, reversible und wiederholbare Methode sowohl zum Verständnis der Gehirnfunktion als auch für die Entwicklung gezielter Therapien. „

Professor Bradley Treeby, Senior Autor der Studie von UCL Medical Physics and Biomedical Engineering

Zusätzlich zu seinen Forschungsanwendungen könnte das System den Weg für neue klinische Interventionen ebnen. Deep Brain Stimulation (DBS), die derzeit zur Behandlung von Erkrankungen wie der Parkinson -Krankheit eingesetzt wird, erfordert eine invasive Operation und bildet damit verbundene Risiken. Das neue Ultraschallsystem bietet eine nicht-invasive Alternative mit vergleichbarer Genauigkeit und ermöglicht möglicherweise Klinikern, Bereiche des Gehirns zu testen, die zur Behandlung von Krankheiten vor der Operation verwendet werden könnten oder sogar chirurgische Ansätze insgesamt ersetzen können.

In der Anerkennung dieses klinischen Potenzials haben mehrere Mitglieder des Forschungsteams kürzlich Neuroharmonics gegründet, ein UCL -Spinout -Unternehmen, das eine tragbare, tragbare Version des Systems entwickelt. Das Unternehmen zielt darauf ab, eine präzise, ​​nicht-invasive Tiefenhirntherapie sowohl für die klinische Behandlung als auch für breitere therapeutische Anwendungen zugänglich zu machen.

Dr. Eleanor Martin, erster Autor der Studie der UCL Medical Physics and Biomedical Engineering, sagte: „Wir haben das System so konzipiert, dass das System mit gleichzeitiger fMRI kompatibel ist, um die Auswirkungen der Stimulation in Echtzeit zu überwachen.

Die Forscher betonen, dass weitere Studien erforderlich sind, um die Mechanismen, die der TUS-induzierten Neuromodulation zugrunde liegen, vollständig zu verstehen. Die Ergebnisse sind jedoch einen signifikanten Meilenstein bei der Entwicklung sicherer, effektiver und gezielter Hirnstimulationstechnologien.

Dr. Ioana Grigoras, ein Erstautor der Studie der Nuffield Department of Clinical Neurowissens, University of Oxford, sagte: „Dieses neuartige Gerät für Gehirnstimulationsvorräte stellt einen Durchbruch in unserer Fähigkeit dar, genau zu zielen, um tiefgreifende Gehirnstrukturen zu zielen, die bisher unmöglich waren, nicht-invasive Erkrankungen zu erreichen. Wir sind besonders begeistert von den potenziellen klinischen Anwendungen für neurologische Störungen wie Parkinson-Krankheiten, in denen die Parkinson-Krankheiten wie die Parkinson-Krankheit sind.

Die Studie wurde vom Ingenieur- und Physical Sciences Research Council (EPSRC), Wellcome und dem NIHR Oxford Health Biomedical Research Center unterstützt.

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