神经科学家在理解人脑和治疗脑部疾病方面工具有限。手术或植入电极对于大多数情况来说侵入性太强。现有的非侵入性技术，如磁刺激，精确度不足。现在，斯坦福大学的神经放射学家Raag Airan和他的同事们展示了一种方法，该方法可能使研究人员能够以非侵入性方式操控大脑中高度定向的小区域。
这项研究于去年11月发表在《Neuron》杂志上，使用了Airan多年来一直在开发的技术——但这是首次证明该技术能够以必要的精度工作。该技术包括将装有药物分子的纳米粒子“笼子”注入血液。然后，研究人员使用聚焦超声波束将药物颗粒从其笼子中震松，释放到目标位置。在那里，它们穿过血脑屏障（动脉和大脑之间只允许微小分子通过的膜），直接影响该点的脑功能。
大鼠实验的结果表明，药物（一种麻醉剂）的作用范围仅限于光束聚焦的三毫米立方体区域。科学家们在向大鼠眼睛闪烁光线的同时，将超声波对准它们视觉皮层。当光束开启时，目标区域的脑活动下降，然后在刺激停止后10秒内恢复，因为麻醉剂作用消退。“一种在空间和时间上都非常精确的技术，使我们能够非常聚焦地干预大脑，这是一个巨大的目标，”多伦多Sunnybrook研究所的神经外科医生Nir Lipsman说，他没有参与这项研究。该团队还观察到与目标区域相连的大脑远处部分的代谢活动减少，这表明该方法可用于绘制脑回路。
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研究人员没有发现该手术造成组织损伤的证据。“他们在证明安全性方面做得很好，”Lipsman说。这项研究只是一个概念验证，但Airan表示，转化为临床应用应该会很快。超声波已在医学中普遍使用，纳米粒子由放射学和癌症治疗中常用的化学物质制成。“我们只需要证明它们的组合是安全的，”Airan说。“我们正在讨论在一两年内进行首次人体试验。”
下一步：测试该技术是否可以通过麻醉手术目标区域来模拟计划神经外科手术的效果，以确认它可以安全地禁用。这种方法还可以用于将精神科药物输送到特定的大脑区域，从而可能减少副作用并提高疗效。“这种技术的可能性令人难以想象，”Airan说。