超音波は脳深部刺激を行う新しい方法を提供する(Ultrasound offers a new way to perform deep brain stimulation)

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2024-06-04 マサチューセッツ工科大学(MIT)

MITの研究者は、電気パルスの代わりに超音波を用いる深部脳刺激法を開発しました。この方法は髪の毛ほどの太さのファイバーを用い、従来の電極による刺激の欠点である腐食や瘢痕組織の蓄積を回避します。マウスの研究では、超音波がパーキンソン病の患者でよくターゲットとされる脳の部位でドーパミンを放出することを示しました。この新技術は脳の研究ツールとしても有望であり、将来的には人間にも適用可能です。研究はNature Communications誌に掲載されました。

<関連情報>

脳深部活性化のための埋め込み型圧電超音波刺激装置(ImPULS) An implantable piezoelectric ultrasound stimulator (ImPULS) for deep brain activation

Jason F. Hou,Md Osman Goni Nayeem,Kian A. Caplan,Evan A. Ruesch,Albit Caban-Murillo,Ernesto Criado-Hidalgo,Sarah B. Ornellas,Brandon Williams,Ayeilla A. Pearce,Huseyin E. Dagdeviren,Michelle Surets,John A. White,Mikhail G. Shapiro,Fan Wang,Steve Ramirez & Canan Dagdeviren
Nature Communications  Published:04 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-48748-6

超音波は脳深部刺激を行う新しい方法を提供する(Ultrasound offers a new way to perform deep brain stimulation)

Abstract

Precise neurostimulation can revolutionize therapies for neurological disorders. Electrode-based stimulation devices face challenges in achieving precise and consistent targeting due to the immune response and the limited penetration of electrical fields. Ultrasound can aid in energy propagation, but transcranial ultrasound stimulation in the deep brain has limited spatial resolution caused by bone and tissue scattering. Here, we report an implantable piezoelectric ultrasound stimulator (ImPULS) that generates an ultrasonic focal pressure of 100 kPa to modulate the activity of neurons. ImPULS is a fully-encapsulated, flexible piezoelectric micromachined ultrasound transducer that incorporates a biocompatible piezoceramic, potassium sodium niobate [(K,Na)NbO3]. The absence of electrochemically active elements poses a new strategy for achieving long-term stability. We demonstrated that ImPULS can i) excite neurons in a mouse hippocampal slice ex vivo, ii) activate cells in the hippocampus of an anesthetized mouse to induce expression of activity-dependent gene c-Fos, and iii) stimulate dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta to elicit time-locked modulation of nigrostriatal dopamine release. This work introduces a non-genetic ultrasound platform for spatially-localized neural stimulation and exploration of basic functions in the deep brain.

生物工学一般
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