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 Цюрихского университета и Цюриха в Швейцарии, исследование описывает систему, которая сочетает в себе источники ультразвуковых волн и прицел волокна, подключенную к камере, для визуализации в изучении мышей мозговых мишеней, 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 для убийства клеток мозга, называемых 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 возможно ».
Застенчивый Шохам, доктор философии, автор соучредителя обучения
Другим автором соучредителя является Даниэль Разанский, доктор философии, в Университете Цюриха и Цюрих в Швейцарии.
«Мы также обнаружили, что, сосредотачиваясь на схемах нейронов, которые распределены по областям мозга, а не в какой-либо отдельной области, TUS использует взаимосвязи в цепях, чтобы сделать целевые нейроны в 10 раз более чувствительными к ультразвуковому исследованию». сказал Шохам, который является кодиректором Института Tech4Health в NYU Langone Health и профессором В отделениях офтальмологии и нейробиологии в Медицинской школе 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.
Под руководством Шохама и Разанского исследователи расположились над головой мыши в массивах в форме шлема 512 ультразвуковых излучателей, которые были разработаны швейцарской командой, созданная голограммами из ультразвуковых волн, так же, как взаимосвязанные световые волны могут создать трехмерные изображения (как и принцесса Леа в фильмах «Звездные пленки»). Звуковые волны, мешающие друг другу правильно, также могут создавать «изображения» – в данном случае, по сути, фокусировка волн звука, исходящих от излучателей в определенные геометрические узоры, такие как треугольники или пентагоны, на поверхность мозга.
По мере того, как нейроны в областях, ориентированной на голограмму, стали активированы, они генерировали флуоресцентный сигнал, который записала камеру, что позволило исследователям измерить в той степени, в которой различные области мозга были активированы в ответ на TUS.
«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 различных цепей мозга. В конечном итоге наша цель состоит в том, чтобы перевести эту работу в транскраниальную протоколы стимуляции ультразвука для лечения различных условий человека, таких как расстройства психического здоровья».
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.
Фондовая поддержка этого исследования была предоставлена Национальными институтами здравоохранения Grants RF1NS126102 и R01NS109885. Дополнительное финансирование было предоставлено Швейцарским национальным научным фондом.
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.
Источник:
Ссылка на журнал:
Дорога, Х., и дрПолем (2025). Голографическая транскраниальная ультразвуковая нейромодуляция повышает эффективность стимуляции за счет совместного рекрута распределенных цепей мозга. Природная биомедицинская инженерияПолем doi.org/10.1038/S41551-025-01449-xПолем
2025-08-05 12:08:00
1754396249
#Ультразвуковые #волны #впервые #активируют #мозговые #схемы #живых #животных
По теме
