核心提示：維吉尼亞理工大學加裡蘭研究所的科學家最近一項新發現表明，將超聲波直接作用於腦部特定區域，能增強人們對觸覺的分辨能力。這也是第一次證明了低強度、經顱聚焦超聲波能調節人類腦活動，提高覺察能力。
科技日報訊 鯨魚、蝙蝠甚至螳螂，都把超聲波作為一種感覺引導系統。據物理學家組織網近日報導，維吉尼亞理工大學加裡蘭研究所的科學家最近一項新發現表明，將超聲波直接作用於腦部特定區域，能增強人們對觸覺的分辨能力。這也是第一次證明了低強度、經顱聚焦超聲波能調節人類腦活動，提高覺察能力。相關論文在線發表於近日出版的《自然·神經科學》上。
「目前，繪製人腦神經連接呈增長趨勢，超聲波有望為此帶來前所未有的解析度。」負責該研究的加裡蘭研究所副教授威廉姆·傑米·泰勒說，「我們決定看看超聲波對負責處理觸覺輸入信息的腦區有哪些影響。」
他們對處理手部感覺的腦皮層區發送了聚焦超聲波。為了刺激中間神經（沿手臂下來通過腕骨通道的一條神經），他們在志願者手腕放了一個小電極，並用腦電圖（EEG）記錄其腦部反應。然後在刺激神經之前，瞄準相應腦區開始發送超聲波。結果發現，超聲波能降低EEG信號，削弱腦波對編碼觸覺刺激的反應。
研究人員隨後進行了兩項傳統神經學測試：兩點辨別和頻率辨別。前者檢查志願者能否區分接觸皮膚的兩個相鄰物體是在不同的兩個點；後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、連續氣流頻率的微小差異方面，接受超聲波的志願者的覺察能力明顯提高。當研究小組將超聲波束從原來位置移動了一釐米時，這種影響消失了。
泰勒說：「觀察結果讓我們驚訝！雖然與觸覺刺激相關的腦波被削弱，但人們在覺知感覺差異方面確實做得更好。」為什麼遏制大腦對感覺刺激的反應卻提高了覺知能力？這似乎很矛盾。泰勒推測，是超聲波影響了重要的神經平衡。「我們認為，聚焦超聲波在它瞄準的腦區部位，改變了處理感覺刺激時興奮與抑制的平衡，這種改變阻止了刺激興奮的擴展，使得覺知功能增強。」
泰勒說：「這意味著我們能利用超聲波瞄準一毫米大小的腦區。這一發現也帶來了一種調節人腦活動的非入侵式新方法，而且空間解析度超過現有任何方法。」基於本研究和較早的一項研究結果，研究人員認為，超聲波比目前的經顱磁刺激和經顱直流電刺激的空間解析度更高。
論文第一作者、加裡蘭研究所博士後學者韋恩·萊根說：「進一步理解超聲波脈衝怎樣影響突觸抑制與興奮的平衡，怎樣影響局部腦迴路對長程連接的活動，這對我們更精確繪製人腦中大量的互聯突觸迴路很有幫助。」
「在開發新的安全有效的非入侵方法、調節人腦細胞迴路中信息流方面，傑米·泰勒與其同事的研究處在前列。」加裡蘭研究所執行董事、專門研究大腦可塑性的神經科學家麥可·弗裡德蘭德說，這種方法為精確掌握神經迴路活動提供了技術和理論證明，有助於開發神經退行性紊亂病症的潛在療法，也為探索正常人腦功能，理解認知、決策與思維帶來了強有力的新工具。
泰勒說：「在神經科學中，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。這一發現讓我們確信，我們的道路是正確的。」（來源：《科技日報》 記者 常麗君）