Новая техника использует сфокусированные звуковые волны и голограммы для управления мозгами

Новое исследование предоставляет первые визуальные доказательства, показывающие, что мозговые схемы у живых животных могут быть активированы ультразвуковыми волнами, проецируемыми в определенные паттерны (голограммы).

Во главе с учеными из NYU Langone Health и в Университете Цюрих и Цюрихе в Швейцарии, в исследовании описывается система, которая объединяет источники Ультразвуковые волны и прицел волокна, подключенная к камере для визуализации в изучаемых мышах мозга, которые непосредственно активируются звуком. По словам авторов исследования, это закладывает основу для нового способа лечения неврологических заболеваний и психических расстройств извне организма.

Уже есть приложения, одобренные Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, и предназначены для уменьшения симптомов тремора, наблюдаемых при болезни Паркинсона, используя интенсивные звуковые волны, чтобы убить Клетки мозга называемые нейронами в нейронных путях, связанных с треморами. По словам исследователей, вместо того, чтобы убивать нейроны, ультразвуковые волны с более низкой интенсивностью, используемые в текущей работе, могут временно активировать их. Полученные эффекты могут быть широко распространены, так как нейроны передают сообщения другим нейронам в пределах их схем и между взаимосвязанными нейрональными цепями.

Непосредственное наблюдение за последствиями этой технологии, называемой транскраниальной ультразвуковой стимуляцией (TUS), в живом мозге сложно, но изучение нейронов в блюде в лаборатории не точно отражает способ, которым ультразвуковые волны проходят через череп или ведут себя в трехмерной ткани. По словам исследователей, чтобы терапия TUS была безопасной и эффективной, ультразвуковые волны необходимо для нацеливания на определенные области мозга и должны быть калиброваны, чтобы сигнал достаточно силен, чтобы проникнуть в череп, но не настолько сильный, чтобы повредить тонкую ткань мозга.

Опубликовано в журнале Природная биомедицинская инженерия В Интернете 7 июля в текущем исследовании были представлены эксперименты, проведенные в живом мозге, которые точно воспроизведены, как активированный нейрон в одной части мозга может иметь далеко идущие эффекты с помощью подключенных цепей.

«Наша работа показывает, что активация целых наборов нейронных сетей с помощью транскраниальной ультразвуковой стимуляции в живом мозге мыши возможна»,-сказал автор соучастника исследования Ши Ши Шохам, доктор философии. Другим автором соучастника является Даниэль Разанский, доктор философии, в Университете Цюрихского университета и Цюрих в Швейцарии.

“Мы также обнаружили, что, сосредоточившись на схемах нейронов, которые распределены по всему Области мозга Вместо того, чтобы в каком -либо отдельном регионе, TUS использует взаимосвязи в пределах цепей, чтобы сделать целевые нейроны в 10 раз более чувствительными к ультразвуку », – сказал Шохам, который является кодиректором Института Tech4Health в NYU Langone Health, и профессором в отделе рехтальмологии и нейробиологии в школе медицины NYU Grossman.

«Это открытие потенциально делает технику более эффективной, снижает необходимую ультразвуковую мощность и может проложить путь к более безопасной транскраниальной ультразвуковой стимуляционной обработке в будущем».

Чтобы изучить активацию схемы в интактном мозге, исследователи должны были попасть в несколько областей мозга со звуковыми волнами, а также непосредственно контролировать, какие нейроны становятся активируемыми в процессе.

«Наши результаты дают новое представление о том, как транскраниальная ультразвуковая стимуляция активирует схемы в живом организме», – сказал Шохам. «Мы надеемся, что методы и вычислительные модели, которые мы разработали, помогут другим основным исследователям исследовать механизмы разных мозговые схемыПолем В конечном счете, наша цель состоит в том, чтобы перевести эту работу в транскраниальные протоколы ультразвуковой стимуляции для лечения различных состояний человека, таких как психические расстройства ».

Двигаясь вперед, Шохам сказал, что исследователи хотят изучить активацию более сложных нейронных цепей и проверить, могут ли они использовать ультразвук для активации цепей, расположенных более глубоко в мозге. Некоторые приложения уже тестируются в клинике.

Постдокторский сотрудник Théo Lemaire-соавтор NYU Langone, участвующий в этом исследовании. Другими соавторами исследования являются первый автор Гектор Эстрада, Йиминг Чен, Неда Давуди, Али Озбек и Кендреза Пардузи в Университете Цюрих и Цюрих.