通过超声波来远程控制大脑区域的选择行为

简介

远程、系统地调节特定大脑回路中神经活动的能力，可能会彻底改变对脑功能和脑部疾病治疗的研究。高频声波（超声波）结合了调节神经元活动与清晰空间焦点的能力，在上述研究中展现了研究潜力。研究人员在该项目中将短暂，低强度的超声脉冲无创地输送到猕猴的特定大脑区域，影响了他们选择目标的决定，表明该方法可以对选择行为产生强有力的影响。而且这种影响是巨大的，与默认的平衡比例相比，导致了约为2:1的选择偏差。这些结果代表了向非侵入性影响选择行为的能力迈出的关键一步，从而能够系统地研究和治疗选择障碍背后的脑回路。

5月20号，该研究发表在《Science》子刊《Science Advances》杂志上。

近年来，科学家们已将超声波脉冲导入大脑。低强度超声波无创应用于大脑，可用于调节神经活动，其空间特异性优于其他非侵入性方法，如经颅电刺激或磁刺激。超声的神经调节潜能在针对麻醉啮齿动物或兔子的运动周围区域的研究中得到了验证。短暂、低强度的刺激导致肢体或其他身体部位的明显运动。

这项技术被认为可以撬开血脑屏障，使药物可以治疗阿尔茨海默氏症等疾病。其他研究已经使用超声波通过增加某些酶和蛋白质的表达来改善痴呆症状，甚至“重启”昏迷病人的大脑。

研究人员希望使用该技术来控制特定行为。通过将超声脉冲指向大脑的特定部位，那里的神经元细胞膜会振荡，激活并影响神经元控制的行为。

这项研究支持了之前关于控制猴子行为的研究。在这种情况下，研究小组使用短脉冲超声波，发现即使是40秒也足以引发持续数小时的变化。研究人员说，40分钟的长脉冲可能会带来持续数周的益处。

在这里，研究人员让猕猴参与了该项研究中的选择任务，研究表示：短暂的低强度刺激特定大脑区域的脉冲会对受试者的选择产生强烈影响。在不使用药物的情况下无创地影响选择行为的能力可以提供诊断和治疗选择障碍的新方法。

选择任务和刺激

上图为选择任务和刺激。

(A)任务。受试者确定了中心目标。一个目标出现在左视野或右视野。在短暂的随机延迟之后，第二个目标出现在相反的半场中。受试者在观察目标(猴子a)或第一个目标(猴子B)时获得奖励。超声应用于3至6个试验区块，严格交错，在第一个目标出现前100毫秒没有相同持续时间的刺激区块。

(B)视觉运动系统的功能表征。研究人员将超声无创(完整的颅骨和皮肤)送入额叶视野(FEF)。从解剖学和功能研究可知，左/右FEF优先代表右/左视野的靶点。FEF的轮廓是使用Calabrese等人的Paxinos脑区图谱绘制的。

©以往药理学神经调节研究的影响。在本实验中，当在左侧FEF中注入大量强抑制/去抑制药物时，动物在本实验中表现出较强的同侧/对侧偏倚。考虑到视觉半场表示的对侧性质，这些结果是预期的，并且当视觉运动网络的其他节点（例如顶叶区域LIP）受到干扰时，这些结果类似。

(D)刺激。超声刺激(0.6MPa, 270 kHz,持续时间300ms)以500Hz脉冲，持续时间为1 ms。通过一个充满琼脂凝胶的耦合锥施加超声。沿横向和轴向颜色提供在自由场中测得的合成压力

健康动物会倾向于看最先出现的目标，但受影响的动物会倾向于看与中风发生在同一边的目标。

在这项新研究中，研究小组研究了超声波是否能改变猴子是向左看还是向右看，无论哪个目标先出现。通过使用合适的超声波频率并瞄准前庭视野神经元(FEF)，研究小组成功地控制了他们的视线。

超声波刺激对选择行为的影响

上图为超声波刺激对选择行为的影响。
(A)单一会话示例。右侧靶(右侧目标)选择的平均(±SEM)比作为靶开始时间差异的函数。正差异表示右目标先出现的情况。黑色的数据点反映了没有受到刺激的实验中的选择行为，而蓝色的数据点则代表了受到刺激的实验中的选择行为。数据采用四参数sigmoid函数拟合。数据分别显示为左侧和右侧FEF刺激会话(左侧和右侧;见上图)和猴子A和猴子B(顶部和底部行)。

(B)量化所有会话的影响。没有刺激数据符合sigmoid函数[(A)中的黑色曲线]。利用拟合，研究人员确定了横坐标上的时间差，动物以相同的比例选择了两个目标。

激活左脑的FEF会让动物更频繁地向右看，而激活右脑的FEF会让动物向左看。平均而言，与默认值相比，猴子表现出2比1的偏差。

研究小组表示，这项实验表明，除了药物或侵入性手术之外，还有其他治疗精神和神经疾病的方法。超声波是听不见的，受试者根本感觉不到。

该研究的主要作者Jan Kubanek表示：“论文表明，超声波可以产生强大的影响，甚至可以影响人类行为。行为改变是我们最终关心的问题。例如，我们也许能够纠正错误的决策，或者至少减轻一个人的手颤抖。”

这项研究表明：短暂的、低强度的超声波脉冲远程传输到非人类灵长类动物的眼动神经回路中，显著影响感知决策。该项研究结果让我们离能够调节特定大脑回路中的非侵入性和可逆的神经元活动又近了一步。这可能为未来对人类大脑功能的系统研究和针对大脑疾病的个性化治疗开辟道路。

研究者表示，该方法将在三年内临床，以治疗抑郁症等脑疾病患者。

论文信息：

Remote, brain region–specific control of choice behavior with ultrasonic waves
通过超声波来远程控制大脑区域的选择行为
本文章由脑机学习者Rose笔记分享,QQ交流群：941473018
更多分享，请关注公众号

通过超声波来远程控制大脑区域的选择行为相关推荐

养成一个新习惯，只需要这个大脑区域兴奋0.5秒
图片来源:Pixabay 文章来源:达特茅斯学院翻译:毛千芊审校:张毛毛每天,人类和动物依靠习惯完成日常起居,如吃饭和睡觉.习惯使我们能不加思考地做事.当大脑开始养成一种新习惯时,只需半秒钟,大 ...
PNAS：大脑区域间耦合的增加和减少会相应增加和减少人类大脑中的振荡活动
大脑中振荡活动的起源目前仍有争议,但许多假说都认为它们反映了大脑区域之间的相互作用.本文中,我们通过控制两个人类大脑区域之间的耦合强度来检验这种可能性,这两个区域是腹侧前运动皮层(ventral pr ...
基于多模态成像遗传学数据来预测帕金森病相关基因和大脑区域的新型CERNNE方法
系列文章目录基于聚类演化随机森林的阿尔兹海默症的多模态数据分析基于多模态成像遗传学数据来预测帕金森病相关基因和大脑区域的新型CERNNE方法系列文章目录前言阅览文章之前记得一键三联哦,做文章 ...
dw8php如何使用,如何用DW8实现网页区域内选择显示
如何用DW8实现网页区域内选择显示我们在制作网页时,有时会遇到这样的情况:根据用户的选择,显示不同的内容.比如,制作一个登录网页,上面有两个表格,一个给新用户注册用,一个供老用户登录用.我们想在页面 ...
深圳哪家服务器速度最快,深圳区域该选择腾讯云哪个节点好？
深圳,广东省辖地级市,简称"深",别称鹏城,是广东省副省级市,国家计划单列市,超大城市,国务院批复确定的中国经济特区.全国性经济中心城市和国际化城市 ,深圳地处中国华南地区.广东南 ...
使用有限元模型研究涉及tDCS增强类别学习的大脑区域
文章来源于微信公众号(茗创科技),欢迎有兴趣的朋友搜索关注. 本研究者在之前的研究中发现tDCS协议对类别学习有很大的改善.本篇研究通过建模和比较不同电极放置的行为效应来考察大脑的哪些区域被激活.该研 ...
Android 仿PhotoShop调色板应用(四) 不同区域颜色选择的颜色生成响应
Android 仿PhotoShop调色板应用(四) 不同区域颜色选择的颜色生成响应上一篇讲过了主体界面的绘制,这里讲解调色板应用中的另外一个核心: 颜色选择及生成. ColorPcikerVi ...
数学好＝编程能力强？MIT新发现：二者激活大脑区域并不同
金磊发自凹非寺量子位报道 | 公众号 QbitAI 都说学编程就像学一门新的语言,但事实真的如此吗? 不不不,起码在读代码这件事上,你的大脑可不这么认为. 最近,MIT神经科学家在eLife期 ...
【ArcGIS风暴】缓冲区分析、叠置分析综合实验案例：购房区域的选择
实验平台:ArcGIS 9.3 实验目的:熟练掌握A rcGIS缓冲区分析和叠置分析操作,综合利用各项空间分析工具解决实际问题. 实验要求:对每个条件进行缓冲区分析,运用空间叠置分析对多个图层叠加,并 ...

通过超声波来远程控制大脑区域的选择行为

目录

简介

通过超声波来远程控制大脑区域的选择行为相关推荐

最新文章

热门文章