深圳先進(jìn)院跨尺度超聲神經(jīng)調(diào)控儀器研制取得新進(jìn)展

　　日前，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院在跨尺度超聲神經(jīng)調(diào)控儀器研制方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以A Portable Ultrasound System for Non-Invasive Ultrasonic Neuro-Stimulation為題，發(fā)表在神經(jīng)工程專業(yè)期刊IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering （DOI：10.1109/TNSRE.2017.2765001）上。2017年11月9日《自然》雜志在“未來用于大腦的超聲技術(shù)”綜述文章中引用報(bào)道了這一由鄭海榮團(tuán)隊(duì)研制的超聲神經(jīng)調(diào)控儀器，并稱之為神經(jīng)科學(xué)和腦疾病研究帶來了新武器（Nature, vol. 551, pp. 257-9）。

　　發(fā)展無創(chuàng)精準(zhǔn)的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)一直是神經(jīng)科學(xué)和腦疾病領(lǐng)域的迫切需求。超聲波作為一種機(jī)械波，其力學(xué)效應(yīng)控制神經(jīng)元電活動(dòng)新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，使無創(chuàng)地開展神經(jīng)刺激成為可能。最新發(fā)現(xiàn)超聲瞬態(tài)刺激在分子、細(xì)胞、動(dòng)物和人腦水平的神經(jīng)調(diào)控科學(xué)證據(jù)，證實(shí)了超聲可以控制神經(jīng)元的活動(dòng)。超聲還可以通過不同的強(qiáng)度、頻率、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，使刺激部位的中樞神經(jīng)產(chǎn)生興奮或抑制效應(yīng)，從而使神經(jīng)功能產(chǎn)生雙向調(diào)節(jié)的可逆性變化。這些超聲神經(jīng)調(diào)控技術(shù)研究成果證實(shí)，超聲對(duì)神經(jīng)環(huán)路的調(diào)控機(jī)制和腦疾病的發(fā)病機(jī)理等基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究具有重要潛力，超聲作為一種新型無創(chuàng)的神經(jīng)刺激與調(diào)控技術(shù)，在腦科學(xué)研究和腦疾病干預(yù)方面展示出光明前景。

　　深圳先進(jìn)院超聲技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)跨尺度超聲神經(jīng)刺激所需要的各種需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了神經(jīng)刺激的專用超聲輻射力發(fā)射探頭及電子設(shè)備。超聲物理參數(shù)包括超聲輻射力大小、作用方式、頻率、脈沖重復(fù)頻率、強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時(shí)間等都可以自由調(diào)整。同時(shí)，該儀器也設(shè)置了輸出輸入同步功能，可以和其他神經(jīng)電生理設(shè)備同步工作以完成神經(jīng)刺激和信號(hào)采集的同步獲取。該新型超聲神經(jīng)刺激儀已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了小動(dòng)物腦神經(jīng)調(diào)控以及非人靈長(zhǎng)類大動(dòng)物的神經(jīng)環(huán)路調(diào)控。

　　此外，項(xiàng)目組同步開發(fā)了跨尺度、動(dòng)態(tài)多焦點(diǎn)的超聲神經(jīng)調(diào)控裝置，涵蓋了細(xì)胞、小動(dòng)物、靈長(zhǎng)類大動(dòng)物研究的多個(gè)儀器，并已經(jīng)成功開發(fā)了2048通道的磁共振兼容超聲神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)，為多點(diǎn)動(dòng)態(tài)深腦刺激研究提供了儀器基礎(chǔ)。目前，微/小動(dòng)物神經(jīng)調(diào)控設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用到了包括浙江大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、香港理工大學(xué)、美國(guó)南加州大學(xué)、中科院昆明動(dòng)物研究所、上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所和心理研究所等十多個(gè)國(guó)內(nèi)外神經(jīng)生物學(xué)與腦科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在超聲神經(jīng)調(diào)控及聲感基因（聲遺傳）等關(guān)鍵技術(shù)研究中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目支持。

(a-b)微尺度超聲神經(jīng)刺激芯片；(c)便攜式單通道小動(dòng)物超聲神經(jīng)刺激儀

千通道級(jí)別多點(diǎn)動(dòng)態(tài)超聲神經(jīng)調(diào)控?fù)Q能器及系統(tǒng)