超聲神經調控領域研究獲進展

近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所鄭海榮團隊在超聲神經調控方面取得新進展，相關研究On-Chip Ultrasound Modulation of Pyramidal Neuronal Activity in Hippocampal Slices發表在Advanced Biosystems雜誌上，並被選為封面文章（Outside Front Cover）。

近些年，超聲神經調控作為新型無創的神經調控技術得到廣泛關注，有望為神經精神疾病的干預治療提供新的臨床解決方案。鄭海榮團隊針對神經元、秀麗隱桿線蟲、嚙齒動物、非靈長類動物的超聲調控內在機制及干預治療開展了全面的研究並研製多種跨尺度超聲神經調控儀器。

超聲神經調控的內在機制尚不清楚，同時由於傳統超聲探頭體積大，與電生理及鈣成像系統兼容性差，進一步限制了超聲神經調控機制的研究。研究人員設計利用自主研發的新型超聲神經刺激晶元，建立了兼容離體腦片膜片鉗記錄的實驗系統，並以離體海馬腦片作為研究對象。研究結果表明，在超聲作用下，海馬椎體神經元能被超聲激活產生動作電位，並隨著超聲強度的增加，動作電位發放頻率相應提高。同時，超聲刺激的機械效應能直接增強神經元鈉離子內流，從而顯著提高神經元興奮性。另外，超聲刺激改變了鈉通道生物動力學特性從而提高通道開放效率。在通道激活過程中，超聲刺激顯著降低通道激活閾值；在通道失活過程中，超聲刺激顯著加快通道失活速率；在通道恢復過程中，超聲刺激顯著降低通道回復時間。

該工作的意義在於研發了新型的超聲神經調控晶元，利用膜片鉗記錄手段系統地研究了超聲刺激在單一神經元及離子通道水平的調控效應，為超聲神經調控機制的進一步研究提供了新的思路和強有力的工具，為最終服務於臨床奠定基礎。

上述研究工作得到國家自然科學基金委國家重大科研儀器研製項目、國家自然科學基金面上項目、廣東省傑青項目以及深圳市學科布局等的支持。

圖：利用新型超聲神經刺激晶元兼容離體腦片電生理記錄系統（a-b）研究表明不同超聲強度刺激能直接引起神經元膜電位去極化，誘發動作電位（c-d）。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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