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超聲波直接作用于人腦可提高覺察能力

2014-01-17 10:08 閱讀:1646 來源:生物360 作者:孫福慶 責(zé)任編輯:云霄飄逸
[導(dǎo)讀] 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(dòng),提高覺察能力。

    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(dòng),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(xiàng)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(gè)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(hào),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(xiàng)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(gè)相鄰物體是在不同的兩個(gè)點(diǎn);后者檢測他對一串氣流頻率的敏感性。實(shí)驗(yàn)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(dòng)了一厘米時(shí),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(shí)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(shí)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(dòng)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(xiàng)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(dòng),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(dòng)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(cuò)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。”


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