非接触式空中超声波对正中神经和尺神经的神经调节，在健康成年人中引发了特定频率的副交感神经及大脑皮层网络反应

《Neuromodulation: Technology at the Neural Interface》：Noncontact Midair Ultrasonic Neuromodulation of the Median and Ulnar Nerves Induces Frequency-Specific Parasympathetic and Cortical Network Responses in Healthy Adults

自主神经失衡由交感与副交感神经平衡紊乱引起，常用药物或神经调控治疗。本研究首次证实低频非接触式超声波刺激（LFS）可特异性增强副交感神经活动（RMSSD显著提升，p=0.0357），并激活前扣带回（dACC）、后扣带回-precuneus（PCC-Prec）等自主神经调控脑区（alpha、beta、gamma波段）。高频刺激（HFS）主要影响默认模式网络（DMN）和注意网络（SN），但未改变HRV参数。该研究为非接触式神经调控提供了新证据，未来需扩大样本验证临床效果。

　　
该研究聚焦于非接触式超声波刺激（Midair Ultrasonic Stimulation, MUS）对自主神经系统（ANS）及关联脑网络的影响机制。研究团队通过单盲随机交叉设计，对比了低频（LFS）、高频（HFS）超声波刺激与安慰剂（PLS）对24名健康成年人的自主神经调节效果及脑电活动变化。研究结合心率变异性（HRV）分析和脑电图（EEG）特征，揭示了超声波频率对神经调控网络的差异化作用。

### 研究背景与核心问题
自主神经系统失衡与多种疾病相关，包括癫痫、抑郁、焦虑及心血管问题。现有神经调控手段如经皮迷走神经刺激（VNS）或电刺激需要皮肤接触或植入设备。近年来超声波技术因非侵入性和安全性优势受到关注，但尚不明确其频率特性对神经系统的调控作用。本研究首次通过非接触式超声波刺激探索频率依赖性神经调控机制，重点验证低频（1秒间隔）和高频（0.01秒间隔）刺激对副交感神经活动及默认模式网络（DMN）、自主神经网络（CAN）等脑区的影响差异。

### 研究方法与技术创新
实验采用标准化流程确保结果可靠性：
1. **参与者筛选**：纳入24名健康右利手成年人（年龄19-34岁），排除心血管及神经系统疾病史，确保生理状态均一。
2. **双盲随机设计**：每位参与者依次接受LFS、HFS和PLS三种刺激，避免顺序效应干扰结果。
3. **生理指标监测**：
- **HRV分析**：通过心电信号提取RMSSD（反映副交感神经活动）和SI（反映交感神经活动）参数。
- **EEG记录**：采用256导脑电图系统，捕捉10分钟静息状态下的神经活动，通过eLORETA算法定位皮层电流密度（CD）变化，重点关注DMN（后扣带回-楔前叶）、CAN（前扣带回、腹侧/背侧前扣带回）及边缘系统（如岛叶）的激活模式。

4. **超声波刺激参数优化**：
- 使用Ultrahaptics Stratos Explore设备（256个40kHz换能器阵列）
- 刺激路径模拟手掌横纹至指尖的动态触觉模式
- 控制声压（约10mN）、作用距离（20.5cm）及频率参数（LFS 1秒间隔 vs HFS 0.01秒间隔）

### 关键发现与机制解析
#### 1. 自主神经系统的频率特异性响应
- **LFS组（1秒间隔）**：
- HRV显示显著副交感激活（RMSSD增加15.25%，p=0.0357）
- EEG显示前扣带回（dACC）θ波增强（p=0.0034）、岛叶α波激活（rACC p=0.0005，RAIns p=0.0005）
- 默认模式网络关键节点PCC-Prec出现β（p=0.0016）和γ（p=0.0013）波段增强
- **HFS组（0.01秒间隔）**：
- 未观察到HRV参数显著变化（RMSSD和SI均无统计学差异）
- EEG显示前岛叶（LAIns）慢波抑制（p=0.0032），dACC在θ（p=0.0043）、α（p=0.0039）、β（p=0.00061）和γ（p=0.0029）波段增强
- **PLS组**：
- 生理参数和脑活动均无显著变化

#### 2. 脑网络功能连接的差异化调控
- **LFS主要影响自主神经调控网络（CAN）**：
- dACC的θ波增强（p=0.0034）与rACC的α波激活（p=0.00021）提示前额叶-岛叶协同调控机制
- 后扣带回-楔前叶（PCC-Prec）的β/γ波段增强可能反映DMN与边缘系统的功能整合
- **HFS更激活边缘系统网络（SN）**：
- 前岛叶慢波抑制（p=0.0032）与dACC多波段增强（θ、α、β、γ）显示高频刺激可能通过边缘-前额叶回路影响注意力分配
- PCC-Prec的θ波增强（p=0.0061）提示DMN与SN的交互作用
- **DMN-PCC-Prec的频段特异性激活**：
- LFS组PCC-Prec的β/γ波段增强（p<0.01）与静息态默认网络的功能耦合相关
- HFS组的θ波段激活（p=0.0061）可能与任务注意相关

### 理论突破与实践意义
1. **超声波神经调控的频率依赖性**：
- 低频（1秒间隔）通过激活副交感神经反射弧（迷走神经-岛叶-前扣带回轴）实现自主神经平衡
- 高频（0.01秒间隔）主要引发边缘系统激活，可能通过注意-情绪调节通路影响生理指标
2. **非接触式刺激的临床转化潜力**：
- 避免传统神经调控的电极接触问题（如皮肤刺激、植入物排异）
- 可扩展至治疗慢性疼痛、焦虑障碍等自主神经失调性疾病
3. **脑网络动态调控机制**：
- LFS组CAN（前扣带回-岛叶-中央前回）的α/θ波段同步增强提示丘脑-皮层-边缘系统级联激活
- PCC-Prec的γ波段增强（LFS组）与冥想诱导的默认网络解耦现象一致
4. **技术局限性**：
- 未区分正中神经与尺神经的独立刺激效应
- 样本量较小（N=24），需扩大样本验证频率阈值（1秒间隔）的普适性
- 缺乏深部脑组织（如杏仁核、下丘脑）的实时监测

### 方法学创新与局限
- **技术优势**：
- 首次建立非接触式超声波刺激与HRV/EEG的定量关系模型
- 采用双盲交叉设计消除个体差异影响
- 引入eLORETA算法实现皮层电流密度的精准定位（空间分辨率3mm3）
- **现存问题**：
- 未控制环境噪声（如20.5cm距离下超声波的声波衰减）
- 未考虑不同年龄段（研究聚焦19-34岁）的神经可塑性差异
- 缺乏长期随访数据（平均刺激时长仅5分钟）

### 未来研究方向
1. **技术优化**：
- 开发可编程超声波刺激模板（如脉冲宽度、偏振方向调节）
- 构建多模态生物反馈系统（结合HRV、皮电、脑电）
2. **机制探索**：
- 采用功能近红外光谱（fNIRS）监测深部组织血氧变化
- 结合DTI研究超声波刺激诱发的跨脑区功能连接
3. **临床验证**：
- 开展多中心临床试验（纳入≥100例慢性病患者）
- 开发便携式超声波刺激设备（目标功耗<5W）
4. **理论深化**：
- 建立超声波-机械-电化学-神经递质传递模型
- 探索不同材质（如硅胶手套）对刺激效果的衰减规律

该研究为非接触式神经调控提供了重要理论依据，证实低频超声波刺激可通过激活自主神经调控网络实现副交感神经增强。后续研究需重点解决技术标准化（如声压分布图谱）、个体差异建模（基于fMRI解剖特征）以及临床适应症筛选等问题，推动该技术从基础研究向医疗应用转化。