Nature：超声波治疗大脑疾病

作者：杨超月

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超声治疗让一位特发性震颤（essential tremor）患者停止了震颤，完成了十年来的第一次握手。

超声波能量可用于改变大脑活动和治疗疾病——但前提是，科学家要了解其作用机制。

一天，一名男性患者走进了医院。他患有严重的震颤症，手抖到无法写字，甚至无法拿一杯水。医生为他头部装上一个设备，然后让他躺下，以进行磁共振成像（MRI）扫描。扫描开始后，一名医生按下一个按钮，他头部的设备就开始运作了。神奇的是，他的震颤停止了。他可以平稳地拿起纸笔，清晰地签下自己的名字。

这并不是什么虚假广告，你可以在网上看到这类疗法的视频。该技术的核心是使用 MRI 来引导超声波（超声波最有名的应用是产前诊断）聚焦于患者大脑的特定区域。亚利桑那州立大学（Arizona State University）研究非侵入性脑部刺激的神经科学家 W. Jamie Tyler 指出，他们透过颅骨，将超声波聚焦于丘脑的一部分，精准度可以达到一粒米那么大。在这种情况下，超声波会加热，并杀死丘脑中的神经元。（特发性震颤——一种运动障碍疾病，它是由于丘脑发生病变而引起的，全球有数百万人患有特发性震颤。）去年，FDA 批准将超声聚焦丘脑切除术用于治疗那些对药物无响应的特发性震颤患者。

现在，一些科学家把目光投向另一个前沿。以色列技术学院（Technion–Israel Institute of Technology）的生物医学工程师，现在在纽约大学朗格尼医学中心（New York University Langone Medical Center）建立实验室的 Shy Shoham 表示，超声波可以精妙地影响大脑，由于它在不杀死神经元的情况下，可以增强或抑制神经元活性，所以在治疗其它运动障碍、抑郁症、焦虑和一系列难治性神经精神障碍上极具潜力，并且超声治疗简单便捷，还无痛无创。

这种被称为聚焦超声神经调节（focused-ultrasound neuromodulation）的新兴技术使用的能量比用于治疗震颤的能量要低至少一个数量级。Shoham 指出，这是因为神经调节不需要杀死脑细胞，只需要“稍微调节一下神经系统”便可。

在某种程度上，其它非侵入性技术已经可以使用磁场或直流电来做到这一点。经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）已经在美国、欧盟和其他地方被批准用于治疗那些对药物无响应的抑郁症患者。经颅直流电刺激（transcranial direct-current stimulation, tDCS）已经在欧盟获得批准，用于治疗抑郁症和疼痛，并在实验基础上得到广泛应用。

但这些方法对神经元的影响是多种多样，难以测量的，并且在穿透深度和聚焦方面相对局限。电和磁信号强烈地影响大脑表面附近的细胞，但是在深度增加一两厘米后，就会衰减，产生梯度效应。相比之下，超声波可以高精度地瞄准。德国莱布尼茨工作环境和人为因素研究中心（Leibniz Research Centre for Working Environment and Human Factors）的大脑刺激先驱 Michael Nitsche 表示，他们之所以看好超声在脑部治疗上的潜力，是因为它能选择性地影响大脑深部，而这一点是电磁方法所做不到的。

研究人员和临床医生逐渐重视这一技术。自 2007 年以来，PubMed 数据库中收录了大约 280 篇“超声神经调节（ultrasound neuromodulation）”相关文献，比前十年增加了 14 倍。各项资金也开始涌入，其中有一个来自美国国防部高级研究计划局（US Defense Advanced Research Projects Agency）的拨款，专门用于开发神经成像和神经调节的超声设备。然而一些重要的问题仍有待解决，并且超声神经调节技术真正进入临床还需要好几年。这些问题中最重要的一个是，超声波对大脑内的神经元起到了什么样的作用。加州斯坦福大学（Stanford University）的神经放射学家 Raag Airan 指出，他们知道有很多事情正在发生，但他们不知道的是，到底发生了什么。

与此同时，该技术在映射脑内神经回路以及回答其它临床和基础研究问题上也大有可为。

早期工作

2014 年，Airan 开始进入超声波脑部刺激领域，他当时使用的是在约翰霍普金斯医院（Johns Hopkins Hospital）地下室发现的一些积灰已久的设备。此前，Airan 一直专注于放射学研究。在深入调研文献后，他了解到，80 多年前，研究人员把蛙腿和心脏放入盐溶液中，超声波通过溶液时，肌肉会收缩。这是超声波对神经细胞活动影响的首次证明之一。 1958 年，基于猫的实验表明，超声波可以影响动物对光线的神经反应。