深圳先进院在超声神经调控领域获进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑海荣团队在超声神经调控领域获得新进展,脑神经调控和视网膜神经调控等工作成果在 IEEE Transactions 系列刊物上发表。

团队在领域内率先开展了对自由活动小鼠的超声神经调控研究。相关工作 Noninvasive Ultrasonic Neuromodulation in Freely Moving Mice(《自由移动小鼠的无创超声神经调控研究》)发表于生物医学工程专业期刊 IEEE Transactions on Biomedical Engineering(IEEE 生物医学工程会刊,DOI:10.1109/TBME.2018.2821201)。

团队针对超声神经调控技术在清醒啮齿类实验动物上的应用需求,研制了体积小、重量轻的头戴式超声刺激装置。该装置不仅能满足清醒小动物对头戴装置体积、重量的苛刻要求,而且能附加安装电生理采集电极、给药导管和光纤等附件,实现超声神经调控与电生理、给药、光刺激和钙成像等多模态神经调控、评估手段的充分融合,促进超声神经调控技术在癫痫、抑郁症、帕金森病、药物成瘾以及睡眠功能障碍等疾病研究领域的应用。该研究研制了不同规格的头戴式超声刺激器,并首次成功实现对自由活动小鼠转头行为的超声调控。该研究成果为拓展超声神经调控技术在探索超声作用机制和干预脑疾病等研究领域的应用提供新工具(图 1)。

同时,团队在视网膜超声刺激研究方面也取得新进展。相关工作 Temporal Neuromodulation of Retinal Ganglion Cells by Low-frequency Focused Ultrasound Stimulation(《低频聚焦超声刺激视网膜神经节细胞的时间神经调控研究》)发表在 IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering(IEEE 神经系统与康复工程会刊,DOI: 10.1109/TNSRE.2018.2821194)杂志上。

视网膜退行性疾病包括视网膜色素变性和老年性黄斑病变,主要表现为光感受器的凋亡进而导致视觉信号输入受阻。近年来,植入式视觉假体在治疗神经性失明方面取得了重大进展。然而,植入式医疗器械具有很高的侵入性,存在许多安全性、有效性和成本问题。超声作为一种新型神经调控手段,具有无创调控的优点,在视网膜假体研究领域获得了高度关注。

深圳先进院超声团队首次采用频率为 2.25 MHz 的低频聚焦超声开展了刺激大鼠离体视网膜的研究。研究发现低频聚焦超声可有效地诱发视网膜神经节细胞产生不同类型的反应,并比较了不同超声强度下视网膜神经节细胞的时间响应特性,该研究结果将推动无创超声视网膜假体的实现(图 2)。

上述研究工作得到了国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目、广东省创新团队以及深圳市孔雀团队等项目支持。

论文链接:1 2

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图 1. (a)安装了头戴式超声刺激器和脑电采集装置的清醒小鼠;(b)超声调控小鼠转头行为的实验视频截图

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图 2.(a)超声视网膜刺激实验装置;(b)微电极阵列记录的不同节细胞超声反应

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