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

刺激大脑的粒子使超声波爆发产生电击效果 可用于缓解帕金森症状

刺激大脑的粒子使超声波爆发产生电击效果可用于缓解帕金森症状压电粒子在受到物理力的作用下会发出电脉冲。它们已被研究用于各种应用，包括从公路上的交通运动中获取能量，帮助膝关节软骨的再生，以及治愈口腔中受损的牙龈。在韩国浦项科技大学的研究人员与美国佐治亚理工学院的一位同事进行的一项新研究中，压电溴化钾颗粒被涂上了一氧化氮，这种材料使它们能够通过血脑屏障（BBB）。这道屏障是大脑血管内致密的细胞网络，可以防止不必要的毒素和病原体通过。纳米颗粒在培养皿和活体小鼠体内都进行了测试。在这两种情况下，当粒子被超声波脉冲击中时，它们会释放出一氧化氮，这使它们能够穿过BBB。由于声波的力量，它们还产生了电流，刺激了它们周围的细胞，与目前大脑刺激设备中的植入线具有相同的功能。事实上，在患有帕金森病的小鼠身上，研究人员报告说，"超声波反应性纳米粒子减轻了疾病的症状，而没有造成明显的毒性。"除了帮助控制像帕金森病和癫痫这样的神经元疾病的症状外，深层脑刺激也可用于控制强迫症。此外，它还被研究为限制暴饮暴食、缓解抑郁症和帮助记忆和学习的一种方式。虽然植入脑电刺激器的手术成功率高，但它具有与所有手术一样的健康风险，包括感染和过度出血。这意味着，一种不需要手术的向大脑提供电脉冲的方法可以使这种治疗更广泛地使用，而且风险大大降低。这项研究已经发表在《自然-生物医学工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337741.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337741.htm

聚焦超声波打开血脑屏障 可作为治疗阿尔茨海默氏症的无创疗法

聚焦超声波打开血脑屏障可作为治疗阿尔茨海默氏症的无创疗法研究人员利用聚焦超声波无创打开了小鼠的血脑屏障（红色）图/超声波和弹性成像实验室/哥伦比亚工程学院血脑屏障（BBB）是一层别致的天然保护膜，可防止血液中的危险病原体和毒素进入大脑。但是，从医学角度来看，血脑屏障可能是一个缺陷，因为它阻碍了用于治疗脑部疾病的药物和生物制药的进入。不过，哥伦比亚大学的研究人员已经找到了一种打开BBB的方法，可以将重要药物和基因疗法直接输送到最需要的地方。他们最近发表了两篇论文，都强调了使用非侵入性聚焦超声（FUS）进入BBB的有效性。第一项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，展示了利用聚焦超声和系统给药的微气泡打开BBB，使CRISPR基因编辑技术能够进入BBB。研究人员将FUS与CRISPR病毒载体相结合，在小鼠神经元中实现了超过25%的编辑效率。他们说，他们的研究结果表明，通过使用FUS，可以编辑神经细胞的基因组，并有可能纠正编码阿尔茨海默病等脑部疾病（如载脂蛋白E4和载脂蛋白E2）的基因。先前的研究发现，载脂蛋白E4基因是阿尔茨海默病的重要风险因素，而载脂蛋白E2则具有保护作用。在发表于《Theranostics》杂志上的第二项研究中，研究人员表明，单独使用FUS可引发小鼠大脑中的免疫反应，从而降低β-淀粉样蛋白和tau负荷（已知这两种蛋白会在阿尔茨海默病中累积），并改善工作记忆。当他们把FUS技术应用到阿尔茨海默病患者身上时，发现与未治疗的区域相比，治疗过的BBB区域中的β-淀粉样蛋白略有减少。研究人员说，综合来看，这些研究结果表明，FUS可以通过触发免疫反应或允许传递基因编辑技术来治疗阿尔茨海默病。这种新技术还有可能同时诱导基因编辑和免疫调节。两项研究的通讯作者ElisaKonofagou说："由此产生的协同效应可能被证明是治疗阿尔茨海默氏症的关键，尤其是在其早期阶段。我们对此感到非常兴奋。"这些研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）和《治疗学》（Theranostics）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383897.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383897.htm

比马斯克脑机接口更精确微创 超声波读脑大法来了

比马斯克脑机接口更精确微创超声波读脑大法来了医疗技术公司ForestNeurotech和医学影像公司ButterflyNetwork，已就研发这款微创超声脑机接口设备达成合作。要知道，像马斯克Neuralink、Paradromics和Synchron等都在开发与大脑进行“电”交互的脑机接口。那么相较之下，基于超声波的脑机接口有何优势？“创口”更小，空间定位更精确据介绍，传统的脑电刺激技术由于电流在脑组织中传播距离有限，所以在空间上受限较大。因此在刺激大脑深层区域时，需要通过侵入性手术将电极放置在相关位置。而仅在颅骨上安装深层植入物或电极只能记录大脑表层区域的神经活动。为此，开发团队表示正在研发一款微创超声植入物，只需要将其植入用户的头骨，放置在大脑表层，就能使用超声波灵活刺激和记录大脑特定区域的神经活动，且精度为亚毫米级。具体来说，由ButterflyNetwork提供超声芯片硬件支持，ForestNeurotech则使用这些超声芯片，通过引导和聚焦的超声波刺激大脑特定区域。然后，用一种名为功能性超声成像（fUSI）的神经成像技术来监测神经活动。fUSI原理也很简单：和所有细胞一样，神经元需要血液才能发挥作用，而神经元“活性”增加也就意味着大脑需要的血流量供给也要增加。fUSI正是利用超声波探测脑部血流量的微小变化，来推测出神经元的活动程度。具体做法是对大脑某一区域发射超声波，然后检测“回波”（受血流影响的反射波）。由于血液在运动时会引起“多普勒效应”，会轻微影响回波的振动频率。所以通过分析回波频率的变化，fUSI系统就可以判断出血流速度的变化，进而反推出那里的神经活动。公司简介据悉，这款超声波脑机接口设备将由ForestNeurotech、ButterflyNetwork两家公司联合开发。其中ForestNeurotech是在今年1月份刚刚成立的一家非营利性机构，专注于开发微创超声脑机接口。联合创始人有三位SumnerL.Norman、TysonAflalo、WilliamBiederman。上文提到的fUSI技术，正是CEOSumnerL.Norman最近参与的一项研究。此外，ForestNeurotech属于ConvergentResearch旗下机构，而ConvergentResearch是一个科学非营利组织孵化器，并且是SchmidtFuturesNetwork成员，前段时间刚宣布获得了5000万美元新慈善支持。ButterflyNetwork则是一家医学影像独角兽公司，由有着“生物科技领域的乔布斯”之称的JonathanRothberg于2011年创立。此前，ButterflyNetwork创造了首个使用超声芯片技术打造的手持式单探头全身超声系统ButterflyiQ+。目前，ForestNeurotech已与ButterflyNetwork达成为期5年的共同开发协议，Forest将支付2000万美元用于购买Butterfly超声芯片及服务。参考链接：[1]https://spectrum.ieee.org/bci-ultrasound[2]https://www.butterflynetwork.com/press-releases/co-development-agreement-with-forest-neurotech[3]https://www.vis.caltech.edu/documents/25496/Claire_Window_on_the_brain_2023.pdf...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402773.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

xMEMS实验室推出了Cypress超声波固态扬声器，专为TWS耳机设计，不再使用物理放大器，而是依靠超声波脉冲。

xMEMS实验室推出了Cypress超声波固态扬声器，专为TWS耳机设计，不再使用物理放大器，而是依靠超声波脉冲。Cypress超声波固态扬声器，专为TWS耳机设计。这些扬声器不再使用物理放大器，而是依靠人类听觉通常无法察觉的超声波脉冲。xMEMS的关键创新是该公司的超声波调幅转导（ultrasonicamplitudemodulationtransduction）。扬声器可以产生超声波脉冲，然后将其推送到一个解调器，将声波脉冲转换为用户可听到的声音。超声波脉冲提供了与源信号完全相同的声学副本，能够在所有声音频率内实现更好的音频再现。Cypress超声波扬声器声称能够提供比线圈扬声器更好的质量和更细致的声音，同时仍然支持高分辨率和空间音频。2024年开始展示