最新發現——不需要手術就能啟動和關閉大腦迴路

在我們大腦的迷宮中，有各種神經信號傳導的途徑。這些通路可能會在神經疾病和精神疾病，如癲癇、帕金森氏症和強迫症的患者中出錯。研究人員已經開發出新的治療策略來更精確地定位與這些情況相關的神經通路，但它們通常需要手術治療。

加州理工學院化學工程學助理教授米哈伊爾·夏皮羅(Mikhail Shapiro)的實驗室的最新發現顯示，未來科學家和醫生可能會選擇性地打開和關閉神經迴路來進行治療，而無需手術。這項新研究發表在7月9日的《自然生物醫學工程》網路版上，它展示了這種方法是如何特別地改變小鼠的記憶形成的。該方法包括三種治療方法:超聲波、基因療法和合成藥物。

夏皮羅說:「通過使用聲波和已知的基因技術，我們第一次可以對特定的大腦區域和細胞類型進行非侵入性控制，同時也可以控制神經元的開啟或關閉時間。」夏皮羅同時也是一個Schlinger學者和一個傳統醫學研究所的研究員。這項工作對動物的基礎研究和未來神經和精神疾病的治療都有意義。

雖然微調神經迴路的想法並不新鮮——例如，在一個不斷發展的叫做光遺傳學的領域，光被用來通過植入的光纖來控制大腦區域——夏皮羅方法的新穎方面是聲波。夏皮羅的實驗室此前曾使用聲波來成像和控制體內工程細胞的功能。

在這項新的研究中，聲波與注入血液的小氣泡結合在一起，暫時打開了血腦屏障——一個保護層，阻止血液中的物質進入大腦，特別是那些有害的物質。

「當氣泡被超聲波擊中時，它們就會振動，這種運動會使血腦屏障在短時間內打開，」新研究的主要作者、夏皮羅實驗室的博士後學者Jerzy Szablowski說。

暫時打開血腦屏障是控制神經迴路的三管齊下策略的第一步。通過超聲定位的區域血腦屏障，團隊可以使用基因療法。一種病毒進入血液，它通過血腦屏障，然後將遺傳指令傳遞給所需的細胞。這些基因指令編碼蛋白質，被稱為化學遺傳受體，被設計用來對實驗室製造的某種藥物做出反應。

這個過程的最後一步是給葯，並打開或關閉特定的神經元。

在這項新的研究中，研究人員通過定位老鼠的記憶形成神經元(位於大腦海馬狀突起的一部分)來演示這項技術。當給小鼠服用化學藥物時，這些神經元被關閉，因此，小鼠暫時無法形成新的記憶。

由於夏皮羅實驗室的新技術將化學遺傳學與超聲波結合在一起，研究小組將其稱為「聲學靶向的化學遺傳學」。

北卡羅來納大學教堂山分校的藥理學教授布萊恩·羅斯(Bryan Roth)說:「這是一種令人印象深刻的創新方法，將對許多神經科學家有用。」

夏皮羅說:「我們的方法是多種技術的結合，每一種技術都已經在動物身上得到應用，並正在向臨床推廣。」「正因為如此，我們在開發過程中比從零開始時走得更遠。」

研究人員說，他們希望繼續在患有癲癇等疾病的動物身上進行試驗。許多癲癇患者目前正在接受手術切除他們大腦中被認為會引發癲癇的區域。使用ATAC方法，理論上，在不需要手術的情況下，特定的大腦區域可以暫時關閉。

「這種方法是可逆的，」Szablowski說。「你可以使用一種藥物來關閉感興趣的神經細胞，但是隨著時間的推移，這些細胞會重新啟動。」你也可以進行藥物劑量測定，以確定你是否完全關閉了大腦的那個區域。（Slowly_Fish 209056）

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