這一發(fā)現(xiàn)為探索人腦功能，理解認(rèn)知、決策與思維帶來了強(qiáng)有力的新工具

    海豚、蝙蝠甚至螳螂，都把超聲波作為一種感覺引導(dǎo)系統(tǒng)。

    日前，來自弗吉尼亞理工大學(xué)加里蘭研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將超聲波直接作用于腦部特定區(qū)域，能增強(qiáng)人們對觸覺的分辨能力。這也是研究人員首次證明，低強(qiáng)度、經(jīng)顱聚焦超聲波能調(diào)節(jié)人類腦活動，提高覺察能力。相關(guān)論文在線發(fā)表于近日出版的《自然-神經(jīng)科學(xué)》雜志上。

    論文資深作者、加里蘭研究所副教授WilliamTyler說：“目前，繪制人腦神經(jīng)連接呈增長趨勢，超聲波有望為此帶來前所未有的分辨率。我們決定看看超聲波對負(fù)責(zé)處理觸覺輸入信息的腦區(qū)有哪些影響。”

    在這項最新研究中，科學(xué)家對處理手部感覺的腦皮層區(qū)發(fā)送了聚焦超聲波。為了**中間神經(jīng)（沿手臂下來通過腕骨通道的一條神經(jīng)），他們在志愿者手腕放了一個小電極，并用腦電圖（EEG）記錄其腦部反應(yīng)。然后在**神經(jīng)之前，瞄準(zhǔn)相應(yīng)腦區(qū)開始發(fā)送超聲波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲波能降低EEG信號，削弱腦波對編碼觸覺**的反應(yīng)。

    研究人員隨后進(jìn)行了兩項傳統(tǒng)神經(jīng)學(xué)測試：兩點(diǎn)辨別和頻率辨別。前者檢查志愿者能否區(qū)分接觸皮膚的兩個相鄰物體是在不同的兩個點(diǎn)；后者檢測他對一串氣流頻率的敏感性。實驗顯示，在辨別靠近物體、連續(xù)氣流頻率的微小差異方面，接受超聲波的志愿者的覺察能力明顯提高。當(dāng)研究小組將超聲波束從原來位置移動了一厘米時，這種影響消失了。

    Tyler表示：“觀察結(jié)果讓我們驚訝！雖然與觸覺**相關(guān)的腦波被削弱，但人們在覺知感覺差異方面確實做得更好。”

    為什么遏制大腦對感覺**的反應(yīng)卻提高了覺知能力？這似乎很矛盾。Tyler推測，是超聲波影響了重要的神經(jīng)平衡。“我們認(rèn)為，聚焦超聲波在它瞄準(zhǔn)的腦區(qū)部位，改變了處理感覺**時興奮與抑制的平衡，這種改變阻止了**興奮的擴(kuò)展，使得覺知功能增強(qiáng)。”

    Tyler表示：“這意味著我們能利用超聲波瞄準(zhǔn)一毫米大小的腦區(qū)。這一發(fā)現(xiàn)也帶來了一種調(diào)節(jié)人腦活動的非入侵式新方法，而且空間分辨率超過現(xiàn)有任何方法。”基于本研究和較早的一項研究結(jié)果，研究人員認(rèn)為，超聲波比目前的經(jīng)顱磁**和經(jīng)顱直流電**的空間分辨率更高。

    論文第一作者、加里蘭研究所博士后學(xué)者WynnLegon說：“進(jìn)一步理解超聲波脈沖怎樣影響突觸抑制與興奮的平衡，怎樣影響局部腦回路對長程連接的活動，這對我們更精確繪制人腦中大量的互聯(lián)突觸回路很有幫助。”

    加里蘭研究所執(zhí)行董事、專門研究大腦可塑性的神經(jīng)科學(xué)家MichaelFriedlander表示：“在開發(fā)新的安全有效的非入侵方法、調(diào)節(jié)人腦細(xì)胞回路中信息流方面，Tyler與其同事的研究處在前列。”這種方法為精確掌握神經(jīng)回路活動提供了技術(shù)和理論證明，有助于開發(fā)神經(jīng)退行性紊亂病癥的潛在療法，也為探索正常人腦功能，理解認(rèn)知、決策與思維帶來了強(qiáng)有力的新工具。

    Tyler指出：“在神經(jīng)科學(xué)中，要擾亂一些事很容易。我們能分散你的注意，讓你感到麻木，產(chǎn)生視覺錯覺。讓事情變糟很容易，但要讓事情變好卻很難。這一發(fā)現(xiàn)讓我們確信，我們的道路是正確的。”