用于无创超声脑部治疗的音乐厅声学

由加州大学圣地亚哥分校的工程师领导的一个团队开发了一种设备，这是实现基于非侵入性、超声波的大脑治疗的第一步。例如，超声波目前被用于治疗癫痫的临床试验。

目前的方法是集中精力超声波以达到大脑中的特定目标。但事实证明这很困难，因为超声波容易在头骨内弹来弹去，这导致大脑的一些区域过度暴露而另一些区域暴露得不够。在最糟糕的情况下，这会导致脑组织出血和过热。

“我们无法修改头骨内部，”加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系的资深作者詹姆斯·弗兰德教授说。“我们唯一能做的就是改变产生声音的设备的工作方式。”

研究人员尝试了一种不同的方法:将超声波扩散而不是聚焦。他们通过在产生超声波的换能器上放置一个微型扩散器来实现这一点。该装置是基于施罗德扩散器的数学模型所能提供的最好的声音扩散器。这和设计中使用的数学方法是一样的音乐厅让每一位观众都能完美地听到音乐。

该研究小组在2月16日的《高级纳米生物研究．

超声波被应用于细胞索尔克研究所的研究人员已经设计成对超声波刺激更有反应。这些细胞暴露在一种腺病毒中，导致它们形成一种名为TRPA1的离子通道，这种离子通道对超声波很敏感。

弗兰德说:“通过使用有针对性的方法，我们可以使用均匀分布的超声代替聚焦超声。”

研究人员表示，该设备首先在有人类胚胎肾细胞和神经元细胞的培养皿中发挥了预期的作用。有扩散器的细胞在TRPA1通道的激活比没有扩散器的细胞高两倍。

此外，研究人员在小鼠身上使用了带有超声波发生器的扩散器。他们发现扩散器在颅骨腔内创造了一个均匀的声场，确保只有大脑区域被设计成对超声波敏感的被刺激了。

“声波遗传学背后的想法是改造细胞，使其对超声波刺激更有反应，”弗兰德实验室的博士生、该论文的第一作者阿迪提亚·瓦桑(Aditya Vasan)说。

“我们通过筛选在特定压力和频率下对超声刺激有反应的蛋白质来做到这一点;通过基因工程特定的大脑区域来表达这些蛋白质。

扩散器上有微小的凹坑，可以调节超声波的发射方式。具体来说，扩散器确保波以交错的方式发射，这有助于防止回声的产生。采用施罗德扩散器模型计算了坑的深度。

下一步包括更好地理解超声波刺激细胞的方式，并进行更广泛的体内研究。

Vasan说:“声波遗传学的目标之一是控制哪些细胞会做出反应:把它想象成一个控制你可以精确控制的灯光的旋钮。”“最终，我们想要证明声波遗传学对人类也有效。”