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超声波可控制大脑行为决策 治疗毒瘾和抑郁症新希望

2020-05-22 09:20 点击:10次 北京 发现 mini

新浪科技讯 北京时间5月22日消息,据国外媒体报道,在一项最新试验中,科学家将超声波脉冲对准猕猴大脑,从而控制它们的决策判断,这项研究可能有助于人类毒瘾和抑郁症治疗。

通过将超声波脉冲指向大脑额叶皮层部分,可以影响猕猴在计算机化选择任务中的判断,如果该疗法应用于人类,无痛超声波脑刺激可以治疗行为决策障碍,包括:毒瘾和暴食,而不是采用药物或者手术治疗。

该疗法也可用于治疗人类抑郁症、焦虑症等精神疾病,以及慢性疼痛、癫痫等神经系统疾病,大脑疾病应该以有针对性和个性化的方式进行治疗,而不是向患者提供鸡尾酒疗法。但要实现这样的治疗,我们需要一种工具,提供非侵入性、精确和个性化治疗,从而解决每位患者的病情根源,但到目前为止,实现这样的疗法仍有一定的距离。

超声波精确治疗是指无声、高频声波脉冲通过超声波换能器对准大脑,这就像一个超声波“扫描魔杖”。该声波脉冲瞄准大脑神经回路,激活神经并影响神经元控制的行为。

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  通过超声波刺激猕猴“额前眼场(FEF)”——控制眼球运动的大脑区域,研究人员发现超声波可以影响猕猴所看到的目标。图中是人类大脑“额前眼场”的所在位置。

超声波是一种高频声波,已经被用于刺激大脑神经元或者神经细胞,之前研究表明,对头部以外的啮齿动物大脑低强度超声波扫描可以刺激神经元,并导致身体其他部位的肌肉运动。

为掌握更多的信息,研究人员让两只猕猴参与一项试验,目前该试验已广泛用于研究选择性行为,在试验中,猕猴观看电脑屏幕中央的一个虚拟目标,然后在屏幕从左至右分别展示目标,一个接一个。

在该试验中,正常情况下猕猴会自然地选择先在电脑屏幕中出现的目标,然而,通过超声波刺激猕猴“额前眼场(FEF)”——控制眼球运动的大脑区域,研究人员发现超声波可以影响猕猴所看到的目标。在灵长类动物中,额前眼场位于额叶皮层——大脑四个主脑叶中最大的一个,它在视觉注意力和眼球运动中发挥着重要作用。

正如每个脑半球控制着身体一侧的肌肉和腺体一样,研究人员发现当超声波瞄准大脑左半球额前眼场时,猴子在试验中可能选择电脑屏幕右侧的目标,同样地,刺激大脑右半球的额前眼场时,猴子可能选择电脑屏幕左侧的目标。

当超声波作用于大脑运动皮层时,未观察到任何影响,运动皮层与自主运动有关,但与感知决策无关。为了进一步测试超声波对大脑的影响,科学家在这项试验中对猕猴给予不同奖励。

“猕猴A”选择任何一个目标都会奖励果汁,而“猕猴B”只有选择第一个目标时才会得到奖励。即使“猕猴B”选择了第一个目标而获得奖励,超声波仍然能够控制它选择第二个目标作为最终决定。研究小组称,他们采取的“神经干预”可以用于确定哪些大脑区域与疾病特定症状或者行为条件有关。

该项研究报告表明,超声波会对大脑产生强烈的干扰影响,甚至能够干预人们的行为,而行为干预则是我们最为关心的环节,例如:科学家可以通过超声波纠正人们错误的决策,甚至能够治疗人们双手颤抖。

研究人员创建了一个原型设备,可在人类患者身体上进行治疗,他们计划未来3年内开始对患有严重抑郁症的患者进行首次临床试验,该研究还为“超声波神经调节”在动物和人类的未来应用提供了宝贵经验。

神经元如何工作?

神经元,也被称为神经细胞,是一种“电性兴奋细胞”,它能够通过电信号和化学信号接收、处理和传递信息,它是神经系统的基本要素之一。

为了使人类能够对环境条件做出反应,大脑神经元负责传递来自外界环境的刺激,这样的刺激包括手指在蜡烛火焰上烘烤,上行神经元信号将传递至中枢神经系统,反之,下行神经元刺激手臂,使手指从蜡烛上移除。

一个典型的神经元分为三个部分:细胞体、树突和轴突,细胞体是神经元的中心,它把称为轴突和树突的传递过程扩散至其他细胞,树突通常呈现大量分支结构,分支逐级变薄,轴突很细,可以延伸至较远的区域。

为了做出一个可比较的尺度,一个神经元直径大约是人类头发直径的十分之一,所有神经元都具有电兴奋性,电流脉冲主要抵达树突,经过处理之后进入细胞体,然后沿着轴突移动。

轴突起到电缆的作用,简单地传递信号,一旦电流脉冲到达轴突末端,在神经元轴突突触位置,事情就变得更加复杂了。

神经功能的关键是突触信号传递过程,这部分带电,部分带有化学性。一旦电信号到达突触,神经元就会释放一种叫做神经递质的特殊分子。接下来,神经递质会刺激第二个神经元,触发新一波的电脉冲,这种机制将重复进行。(叶倾城)

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