神經科學家在理解人腦和治療腦部疾病方面工具有限。手術或植入電極對於大多數情況來說侵入性太強。現有的非侵入性技術，如磁刺激，精確度不足。現在，斯坦福大學的神經放射學家Raag Airan和他的同事們展示了一種方法，該方法可能使研究人員能夠以非侵入性方式操控大腦中高度定向的小區域。
這項研究於去年11月發表在《Neuron》雜誌上，使用了Airan多年來一直在開發的技術——但這是首次證明該技術能夠以必要的精度工作。該技術包括將裝有藥物分子的奈米粒子“籠子”注入血液。然後，研究人員使用聚焦超聲波束將藥物顆粒從其籠子中震松，釋放到目標位置。在那裡，它們穿過血腦屏障（動脈和大腦之間只允許微小分子透過的膜），直接影響該點的腦功能。
大鼠實驗的結果表明，藥物（一種麻醉劑）的作用範圍僅限於光束聚焦的三毫米立方體區域。科學家們在向大鼠眼睛閃爍光線的同時，將超聲波對準它們視覺皮層。當光束開啟時，目標區域的腦活動下降，然後在刺激停止後10秒內恢復，因為麻醉劑作用消退。“一種在空間和時間上都非常精確的技術，使我們能夠非常聚焦地干預大腦，這是一個巨大的目標，”多倫多Sunnybrook研究所的神經外科醫生Nir Lipsman說，他沒有參與這項研究。該團隊還觀察到與目標區域相連的大腦遠處部分的代謝活動減少，這表明該方法可用於繪製腦回路。
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研究人員沒有發現該手術造成組織損傷的證據。“他們在證明安全性方面做得很好，”Lipsman說。這項研究只是一個概念驗證，但Airan表示，轉化為臨床應用應該會很快。超聲波已在醫學中普遍使用，奈米粒子由放射學和癌症治療中常用的化學物質製成。“我們只需要證明它們的組合是安全的，”Airan說。“我們正在討論在一兩年內進行首次人體試驗。”
下一步：測試該技術是否可以透過麻醉手術目標區域來模擬計劃神經外科手術的效果，以確認它可以安全地停用。這種方法還可以用於將精神科藥物輸送到特定的大腦區域，從而可能減少副作用並提高療效。“這種技術的可能性令人難以想象，”Airan說。