无需开颅植入电极 超声波技术实现无创“读脑”

无需开颅植入电极超声波技术实现无创“读脑”解剖记录平面和行为任务。图片来源：物理学家组织网2021年，加州理工学院研究人员开发了一种使用功能性超声读取大脑活动的方法，这是一种侵入性小得多的技术。超声波成像的工作原理是发射高频声音脉冲，然后测量这些声音振动在物质（如人体的各种组织）中的回声。声波在这些组织类型中以不同的速度传播，并在它们之间的边界反射。这项技术通常用于拍摄子宫内胎儿的图像及其他诊断成像。由于头骨不能透过声波，因此使用超声波进行脑部成像需要在头骨上安装一个透明的“窗口”。超声波技术不需要植入大脑本身，这大大降低了感染的机会，并使脑组织及其保护性硬脑膜完好无损。神经元活动的变化会引起它们对氧气等代谢资源的利用发生变化。这些资源通过血液重新补充，这是功能性超声波的关键。在这项研究中，研究人员使用超声波来测量流向特定大脑区域的血流的变化。就像救护车的警报声随距离远近而改变音调一样，红细胞会在反射的超声波接近声源时增高音调，而在远离声源时降低音调。通过测量这种多普勒效应，研究人员可以记录大脑血液流动的微小变化，空间区域只有100微米宽，大约为一根头发那么宽。他们能够同时测量广泛分布在整个大脑中的微小神经细胞群的活动，其中一些小到只有60个神经元。研究人员使用功能性超声来测量非人灵长类动物顶叶后皮质（PPC）的大脑活动，该区域负责规划并帮助执行运动。实验动物被教会了两项任务：移动手来引导屏幕上的光标，移动眼睛看屏幕的特定部分。它们只需要考虑执行任务，而不是实际移动眼睛或手，因为BMI可以读取它们的大脑活动。超声波数据被实时发送到解码器，然后生成控制信号，将光标移动到希望的地方。BMI能够成功地对8个径向目标执行此操作，而平均误差很小。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401725.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401725.htm

科学家利用超声波引导微泡机器人穿过复杂的脑血管

科学家利用超声波引导微泡机器人穿过复杂的脑血管我们的大脑中有超过404英里（650公里）长的血管。纳米技术的进步使得微型机器人得以发展，它们可以通过这些微小复杂的路径进入以前无法进入的区域，提供精确的药物输送，并进行微创手术。考虑到血管网络的复杂性和遇到的血流压力，需要一种引导微型机器人的方法。利用磁场引导微机器人穿过大脑血管可实现精确操作，但由于微机器人必须具有磁性，因此限制了它们的生物降解性。现在，苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员合作开发出了微载体--涂有脂质的充满气体的微气泡--可以利用超声波在小鼠大脑狭窄而复杂的血管中导航。该研究的通讯作者之一丹尼尔-艾哈迈德（DanielAhmed）说："超声波除了在医学领域广泛应用外，还具有安全和深入人体的特点。"这些小而光滑、充满气体的微气泡直径在1.1至1.4微米之间，由目前用于超声成像的一种荧光造影剂制成。随着时间的推移，它们会在体内溶解，其脂质外壳由与生物细胞膜相同的物质制成。声学微型机器人导航与实时光学成像相结合DelCampoFonseca等人的研究发现，微型机器人可以在体内长期溶解，其脂质外壳由与生物细胞膜相同的物质制成。研究人员将微气泡注入小鼠体内，使其在动物血液中循环。显微镜可对机器人进行实时成像。研究人员在小鼠头部外侧安装了多达四个超声波传感器，发现微机器人对声波的反应是自我组装成群，并沿着脑血管导航。这些机器人通过调整每个传感器的输出来进行引导，速度最高可达1.5微米/秒，并成功地逆向移动，血流速度最高可达10毫米/秒。研究结果表明，声学微型机械臂可在体内生理条件下工作。研究人员分析了超声驱动后的脑组织，发现微机器人既没有破坏血管内壁，也没有造成神经细胞死亡。用一种已在使用的物质制造微气泡有其优势。艾哈迈德说："由于这些气泡或囊泡已获准用于人体，因此与目前正在开发的其他类型的微载体相比，我们的技术很可能更快地获得批准并用于人体治疗。"现在，他们已经证明了他们的微型机器人可以在小鼠脑血管中导航，研究人员的下一步是在微泡外壳外面附着药物分子。如果成功，这种由超声波激活的微载体就有可能用于治疗癌症、中风和心理疾病。该研究发表在《自然-通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402929.htm

加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法

加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法靶向给药方式的突破但现在，加州理工学院的两个研究小组创造出了一种全新的给药系统，他们说，这种系统可能最终让医生有能力以更有针对性的方式治疗癌症。该系统采用的药物通过超声波激活，而且只在体内需要的地方使用。该系统由化学助理教授马克斯韦尔-罗伯（MaxwellRobb）和马克斯-德尔布吕克（MaxDelbrück）化学工程与医学工程教授、霍华德-休斯医学研究所研究员米哈伊尔-夏皮罗（MikhailShapiro）的实验室开发。在发表于《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，研究人员展示了他们是如何将各自专业的元素结合在一起创造出这一平台的。通过合作，两个研究小组将气泡（某些细菌中充满空气的蛋白质胶囊）和机械分子（在物理力作用下会发生化学变化的分子）结合起来。夏皮罗的实验室以前曾利用气泡和超声波来对单个细胞进行成像，并精确地移动细胞。罗伯的实验室则创造出了在拉伸时会变色的机械分子，使它们能用于检测结构中的应变；还有其他机械分子，能在机械刺激下释放出较小的分子，包括药物。在这项新工作中，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。在超声波的作用下，气体囊泡会破裂，在破裂的过程中，被称为"机械分子"的分子会破裂，释放出更小的、所需的分子。资料来源：加州理工学院超声激活的机械聚合物"我们考虑这个问题已经很久了，"罗伯说。"我刚到加州理工学院时，米哈伊尔和我就开始讨论超声波的机械效应。"当他们开始研究如何将机械孔和超声波结合起来时，他们发现了一个问题：超声波可以激活机械孔，但其强度过大，也会损伤邻近组织。研究人员需要的是一种能将超声波能量集中到他们想要的地方的方法。结果证明，夏皮罗的气囊技术提供了解决方案。小瓶中的气体囊泡在溶液中呈白色，在超声波作用下破裂后会变得透明。资料来源：加州理工学院在之前的研究中，夏皮罗利用了囊泡在超声波的轰击下会像钟一样振动或"响铃"的特性。然而，在目前的研究中，囊泡被敲得很响，以至于破裂，从而集中了超声波能量。这些囊泡实际上成了微小的炸弹，它们的爆炸激活了机械体。"通过超声波施力通常依赖于非常强烈的条件，这些条件会引发微小溶解气泡的内爆，"该研究的共同作者莫莉-麦克法登（23岁，博士）说。"它们的内爆是激活机械体的机械力来源。小泡对超声波的敏感度更高。利用它们，我们发现在弱得多的超声波下也能实现同样的机械体激活"。未来的潜力和影响沙皮罗实验室的博士后助理研究员姚宇星说，这是聚焦超声首次能够在生物环境中控制特定的化学反应。姚说："以前，超声波一直被用来破坏或移动物体。但现在，它为我们开辟了一条使用机械化学的新道路。"到目前为止，该平台仅在受控实验室条件下进行了测试，但研究人员计划今后在生物体内对其进行测试。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422111.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422111.htm

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器虎甲虫独特的防御机制但是，虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时，它们会用自己的超声波信号做出反应，而在过去的30年里，没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说："这对人类来说是一个非常陌生的想法：这些动物在夜间飞来飞去，试图在完全黑暗的环境中捕捉对方，用声音作为它们交流的方式，"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断，虎甲虫发出声音一定有很大好处，因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知，虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过，据估计有20%的蛾类具有这种能力，这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说："这是一项非常有趣的研究，因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源：HarlanGough研究方法与观察研究人员首先证实，虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时，会周期性地发出超声波脉冲，从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时，它们就会开始更频繁地发出声波，从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列，研究人员将其播放给虎甲虫听，看看它们会如何反应。甲虫飞行时，它的硬壳会张开，露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用，对飞行没有帮助，这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天，收集了20种不同的虎甲虫进行研究。其中，有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应，它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘，就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中，这听起来像是微弱的嗡嗡声，但蝙蝠会接收到较高的频率，听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见，"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的，就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如，虎蛾使用身体侧面的特殊结构，所以你需要这种结构来发出超声波，也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声，但这是为什么呢？一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过，研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性，因为它们产生的超声波过于简单，不可能达到这种效果。相反，他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的--就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者，"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时，实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了94只虎甲虫来验证他们的理论，大棕蝠吃各种各样的昆虫，但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是，90只甲虫被完全吃掉，两只只被部分吃掉，只有两只被拒绝，这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任AkitoKawahara称，这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说："即使你确定了一种化学物质，也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前，你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来，虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的，也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为，这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢？研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后，他们发现了一个明显的重叠，也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力，它们会产生超声波来模仿虎蛾，而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在2000多种虎甲虫中，有些只在白天活动，利用视觉追逐和捕食较小的昆虫，没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的12种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位，它根本不会做出任何反应，"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑，鉴于对夜空声学研究的不足，可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说："我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯（JesseBarber）一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上，我们之所以不知道，只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用，但人类的影响，如噪音和光污染，已经在改变夜空的外观和声音。川原说："如果我们想了解这些过程，我们现在就需要做。在我们的后院里，正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是，如果让我们的世界变得更响亮、更明亮，并改变温度，这些平衡就会被打破。"作者在《生物学通讯》（BiologyLetters）杂志上发表了他们的研究报告。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431372.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431372.htm

科学家破解 COVID-19 疫苗引发的致命血栓副作用

科学家破解COVID-19疫苗引发的致命血栓副作用腺病毒感染后VITT和VITT类疾病中抗PF4抗体的共同指纹新研究表明，疫苗诱发血栓（VITT）和普通感冒感染引起的类似疾病所涉及的危险的PF4抗体具有相同的分子结构，这对未来疫苗开发和疾病管理具有重要意义。弗林德斯大学和全球专家开展的新研究加深了我们对疫苗诱发免疫性血小板减少症和血栓形成（VITT）的认识。在2021年COVID-19大流行的高峰期，VITT被认为是一种与腺病毒载体疫苗（尤其是牛津-阿斯利康疫苗）相关的新病症。研究发现，VITT是由一种异常危险的血液自身抗体引起的，这种抗体针对一种名为血小板因子4（或PF4）的蛋白质。在2023年的另一项研究中，来自加拿大、北美、德国和意大利的研究人员描述了一种几乎完全相同的疾病，这种疾病也存在同样的PF4抗体，在某些病例中，这种抗体在自然感染腺病毒（普通感冒）后会导致死亡。弗林德斯大学研究人员王晶晶博士和弗林德斯大学教授汤姆-戈登（TomGordon）（南澳大利亚州病理学免疫学负责人）于2022年领导了一项先前的研究，破解了PF4抗体的分子密码，并确定了一个与称为IGLV3.21*02的抗体基因有关的遗传风险因素。弗林德斯大学免疫学研究人员JingJingWang博士和TomGordon教授。资料来源：弗林德斯基金会现在，弗林德斯小组与这一国际研究小组合作，发现腺病毒感染相关的VITT和传统的腺病毒媒介VITT中的PF4抗体具有相同的分子指纹或特征。弗林德斯大学研究员王博士是这篇发表在著名的《新英格兰医学杂志》上的新文章的第一作者，他说，这项研究还将对改进疫苗开发产生影响。戈登教授解释说："这些发现使用了弗林德斯大学开发的一种针对血液抗体的全新方法，表明病毒和疫苗结构上有一个共同的触发因子，会引发病理pF4抗体。事实上，这些疾病产生致命抗体的途径几乎完全相同，而且具有相似的遗传风险因素。我们的研究结果具有重要的临床意义，即从VITT中吸取的经验教训适用于腺病毒（一种普通感冒）感染后血凝的罕见病例，并对疫苗开发产生影响。"编译来源：ScitechDailyDOI:10.1056/NEJMc2402592...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432490.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432490.htm

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能 可用于治疗精神疾病

研究人员靶向超声波实现改变大脑功能可用于治疗精神疾病通常，超声波是通过发出弥散声波并记录反射声或回声来生成图像，从而检查身体内部结构的。然而，低强度经颅超声波刺激（TUS）可以同时针对大脑表层和深层区域，并具有极高的特异性，它将超声波压力置于大脑区域，从而改变神经元相互作用的方式。英国普利茅斯大学的研究人员领导了一项研究，以测试TUS对大脑功能的影响，结果发现它能产生显著的变化。他们招募了24名健康成年人，研究TUS如何影响γ-氨基丁酸（GABA）的水平和大脑区域之间的连接。GABA是大脑中主要的抑制性神经递质，它能降低神经元发送和接收化学信息的能力。具体来说，GABA会影响人体对焦虑、恐惧和压力感的反应。所有参与者都完成了三次Theta-burstTUS治疗，每次治疗后都要进行核磁共振成像，以评估大脑功能的变化。Theta-burstTUS是一种高频率短脉冲脑刺激，它密切模仿神经元活动的自然节奏。它被认为能促进可塑性，即大脑根据学习或经验形成和重组神经连接的能力。研究人员发现，TUS作用于大脑后扣带回皮层（PCC）--一个与情绪和记忆相关的大脑深层区域--会在治疗后一小时内降低该区域的GABA水平。他们还发现，PCC与大脑其他部分的交流方式（功能连通性）在这段时间内有所改善。在一系列精神疾病中，PCC都被发现存在异常。当将TUS应用于背侧前扣带回皮层（dACC）时--该区域与情感、移情、冲动控制和决策有关，与PCC一样，也与精神病理学有关--研究人员没有发现GABA水平出现同样的下降，但他们确实看到了功能连通性的提高。研究人员说，他们的研究结果表明，TUS对人类有效，能在大脑中产生可逆的变化。虽然还需要进一步研究，但他们表示，这是开发治疗精神健康状况的非侵入性手段的第一步。该研究的通讯作者艾尔莎-福拉格南（ElsaFouragnan）说："例如，如果服用治疗抑郁症的药物，药物将影响整个大脑，而临床医生对药物去向和作用的控制非常有限。我们已经知道，在某些情况下，大脑的特定区域（及其某些连接）会出现功能障碍，但其他区域却能很好地工作。这项研究为我们提供了真正的潜力，让我们可以考虑利用超声波对一系列心理健康问题患者进行更有针对性的干预。"研究人员已经在探索是否可以使用TUS来改变大脑的多巴胺能系统，多巴胺能系统是检测和解读食物、性和滥用药物等奖赏刺激的主要奖赏通路。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383331.htm