科技 新浪科技 超聲波可控制大腦行為決策 治療毒癮和抑鬱症新希望

超聲波可控制大腦行為決策 治療毒癮和抑鬱症新希望

新浪科技 2020-05-22 09:20
通過將超聲波脈衝指向大腦額葉皮層部分,可以影響獼猴在計算機化選擇任務中的判斷,讓它們在兩個任務中選擇一個。  通過將超聲波脈衝指向大腦額葉皮層部分,可以影響獼猴在計算機化選擇任務中的判斷,讓它們在兩個任務中選擇一個。

  新浪科技訊 北京時間5月22日消息,據國外媒體報道,在一項最新試驗中,科學家將超聲波脈衝對準獼猴大腦,從而控制它們的決策判斷,這項研究可能有助於人類毒癮和抑鬱症治療。

  通過將超聲波脈衝指向大腦額葉皮層部分,可以影響獼猴在計算機化選擇任務中的判斷,如果該療法應用於人類,無痛超聲波腦刺激可以治療行為決策障礙,包括:毒癮和暴食,而不是採用藥物或者手術治療。

  該療法也可用於治療人類抑鬱症、焦慮症等精神疾病,以及慢性疼痛、癲癇等神經系統疾病,大腦疾病應該以有針對性和個性化的方式進行治療,而不是向患者提供雞尾酒療法。但要實現這樣的治療,我們需要一種工具,提供非侵入性、精確和個性化治療,從而解決每位患者的病情根源,但到目前為止,實現這樣的療法仍有一定的距離。

  超聲波精確治療是指無聲、高頻聲波脈衝通過超聲波換能器對準大腦,這就像一個超聲波「掃描魔杖」。該聲波脈衝瞄準大腦神經迴路,激活神經元並影響神經元控制的行為。

通過超聲波刺激獼猴「額前眼場(FEF)」——控制眼球運動的大腦區域,研究人員發現超聲波可以影響獼猴所看到的目標。圖中是人類大腦「額前眼場」的所在位置。
  通過超聲波刺激獼猴「額前眼場(FEF)」——控制眼球運動的大腦區域,研究人員發現超聲波可以影響獼猴所看到的目標。圖中是人類大腦「額前眼場」的所在位置。

  超聲波是一種高頻聲波,已經被用於刺激大腦神經元或者神經細胞,之前研究表明,對頭部以外的嚙齒動物大腦低強度超聲波掃描可以刺激神經元,並導致身體其他部位的肌肉運動。

  為掌握更多的信息,研究人員讓兩隻獼猴參与一項試驗,目前該試驗已廣泛用於研究選擇性行為,在試驗中,獼猴觀看電腦屏幕中央的一個虛擬目標,然後在屏幕從左至右分別展示目標,一個接一個。

  在該試驗中,正常情況下獼猴會自然地選擇先在電腦屏幕中出現的目標,然而,通過超聲波刺激獼猴「額前眼場(FEF)」——控制眼球運動的大腦區域,研究人員發現超聲波可以影響獼猴所看到的目標。在靈長類動物中,額前眼場位於額葉皮層——大腦四個主腦葉中最大的一個,它在視覺注意力和眼球運動中發揮著重要作用。

  正如每個腦半球控制著身體一側的肌肉和腺體一樣,研究人員發現當超聲波瞄準大腦左半球額前眼場時,猴子在試驗中可能選擇電腦屏幕右側的目標,同樣地,刺激大腦右半球的額前眼場時,猴子可能選擇電腦屏幕左側的目標。

  當超聲波作用於大腦運動皮層時,未觀察到任何影響,運動皮層與自主運動有關,但與感知決策無關。為了進一步測試超聲波對大腦的影響,科學家在這項試驗中對獼猴給予不同獎勵。

研究人員發現當超聲波瞄準大腦左半球額前眼場時,猴子在試驗中可能選擇電腦屏幕右側的目標,同樣地,刺激大腦右半球的額前眼場時,猴子可能選擇電腦屏幕左側的目標。  研究人員發現當超聲波瞄準大腦左半球額前眼場時,猴子在試驗中可能選擇電腦屏幕右側的目標,同樣地,刺激大腦右半球的額前眼場時,猴子可能選擇電腦屏幕左側的目標。

  「獼猴A」選擇任何一個目標都會獎勵果汁,而「獼猴B」只有選擇第一個目標時才會得到獎勵。即使「獼猴B」選擇了第一個目標而獲得獎勵,超聲波仍然能夠控制它選擇第二個目標作為最終決定。研究小組稱,他們採取的「神經干預」可以用於確定哪些大腦區域與疾病特定癥狀或者行為條件有關。

  該項研究報告表明,超聲波會對大腦產生強烈的干擾影響,甚至能夠干預人們的行為,而行為干預則是我們最為關心的環節,例如:科學家可以通過超聲波糾正人們錯誤的決策,甚至能夠治療人們雙手顫抖。

  研究人員創建了一個原型設備,可在人類患者身體上進行治療,他們計劃未來3年內開始對患有嚴重抑鬱症的患者進行首次臨床試驗,該研究還為「超聲波神經調節」在動物和人類的未來應用提供了寶貴經驗。

   神經元如何工作?

  神經元,也被稱為神經細胞,是一種「電性興奮細胞」,它能夠通過電信號和化學信號接收、處理和傳遞信息,它是神經系統的基本要素之一。

  為了使人類能夠對環境條件做出反應,大腦神經元負責傳遞來自外界環境的刺激,這樣的刺激包括手指在蠟燭火焰上烘烤,上行神經元信號將傳遞至中樞神經系統,反之,下行神經元刺激手臂,使手指從蠟燭上移除。

  一個典型的神經元分為三個部分:細胞體、樹突和軸突,細胞體是神經元的中心,它把稱為軸突和樹突的傳遞過程擴散至其他細胞,樹突通常呈現大量分支結構,分支逐級變薄,軸突很細,可以延伸至較遠的區域。

  為了做出一個可比較的尺度,一個神經元直徑大約是人類頭髮直徑的十分之一,所有神經元都具有電興奮性,電流脈衝主要抵達樹突,經過處理之後進入細胞體,然後沿著軸突移動。

  軸突起到電纜的作用,簡單地傳遞信號,一旦電流脈衝到達軸突末端,在神經元軸突突觸位置,事情就變得更加複雜了。

  神經功能的關鍵是突觸信號傳遞過程,這部分帶電,部分帶有化學性。一旦電信號到達突觸,神經元就會釋放一種叫做神經遞質的特殊分子。接下來,神經遞質會刺激第二個神經元,觸發新一波的電脈衝,這種機制將重複進行。(葉傾城)