经颅超声刺激左前海马区的时程动态研究揭示神经网络的差异化调控模式

研究人员针对经颅超声刺激(TUS)效应持续时间不明确的问题，开展了灵长类动物左前海马区离线TUS的时程动态研究。通过采集52组静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据，发现TUS可诱导功能连接(R2)在40-60分钟内短暂增强，而低频波动振幅(fALFF)和区域同质性(ReHo)变化可持续超100分钟。该研究为开发长效TUS人类应用提供了重要时程参考。

　　

神经调控技术正迎来革命性突破，其中经颅超声刺激(TUS)因其非侵入性和深部脑区精准靶向特性备受关注。然而，TUS效应的持续时间及其在大脑网络中的动态变化规律仍不明确，这严重制约了其在临床转化中的应用。现有研究多聚焦于"在线"刺激的即时效应，对"离线"刺激的长期影响缺乏系统评估，且多数数据集统计效力不足。更关键的是，不同神经功能指标(如功能连接、自发神经活动等)可能呈现差异化时程特征，这一假设亟需高精度数据验证。

为解决这些问题，来自英国纽卡斯尔大学等机构的研究团队在《Current Research in Neurobiology》发表了一项开创性研究。他们以恒河猴为模型，针对高度互联的左前海马区实施TUS，通过52次静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)扫描，构建了迄今最高统计效力的TUS时程数据集。研究发现颠覆了传统认知：功能连接性变化(R²)呈现短暂时间窗(40-60分钟)增强，而自发神经活动(fALFF)和局部同步性(ReHo)的改变则持续更久(>100分钟)。这种双重时程模式为开发精准化TUS治疗方案提供了全新视角。

研究采用多项关键技术：1)清醒恒河猴模型避免了麻醉干扰；2)250kHz经颅超声精准靶向左前海马区；3)52次rs-fMRI扫描(25次TUS后，27次对照)获取高时空分辨率数据；4)基于广义加性模型(GAM)的时程分析；5)随机森林算法预测TUS效应；6)扩散加权成像(DWI)构建结构连接图谱。

"TUS改变功能连接的时程受限特征"部分揭示，左前海马区与右侧前运动皮层、小脑等区域的连接增强仅维持约20分钟(43-62分钟)。这种短暂而强烈的网络重组可能反映急性期神经可塑性调节。"TUS改变内在脑功能的时程扩散特征"则显示更持久的fALFF和ReHo变化：右侧壳核fALFF增高持续11分钟(41-52分钟)，而左侧后内侧皮层ReHo降低延续14分钟(41-55分钟)。这种"双速"动态提示不同神经活动维度存在差异化调控机制。

在"TUS效应传播"方面的发现尤为引人注目。刺激不仅影响靶区，还引发对侧海马区代偿性ReHo增高(延迟16分钟出现)，这与人类癫痫患者的跨半球代偿现象相似。更关键的是，研究首次证实TUS可同时调控后内侧-前颞叶(PMAT)系统的两个核心节点，为记忆环路干预提供了新靶点。随机森林模型进一步显示，基线fALFF和ReHo能高精度预测(准确率>85%)哪些脑区会对TUS产生响应，这为个体化神经调控奠定了基础。

讨论部分强调了三大突破：首先，研究否定了"TUS效应均匀衰减"的传统假设，揭示出指标特异性时程规律——功能连接变化短暂而自发神经活动改变持久。其次，证实TUS效应可通过PMAT系统远距离传播，这对阿尔茨海默病等记忆障碍的治疗具有启示意义。最后，建立的预测模型将助力临床转化，使有限次扫描即可预估个体对TUS的响应模式。

该研究的局限性包括单一个体数据和30分钟前的效应空白期。但研究者通过数据缩减分析证明，即使仅用60%数据仍可检测主要效应，这为人类研究设计提供了重要参考。未来工作需在更多个体验证这些发现，并探索TUS诱导长时程增强(LTP)的分子机制。这项研究为开发基于时程特性的精准神经调控策略奠定了坚实基础，标志着TUS从实验室工具向临床干预手段迈出了关键一步。