《Communications Biology》：Targeting central thalamus with transcranial ultrasound reduces arousal in healthy volunteers
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利用低强度聚焦经颅超声刺激（TUS），研究人员检验了中央丘脑在唤醒以及枕核（pulvinar）在视觉空间注意中的因果作用。在一项受试者内、平衡设计的研究中，27名健康志愿者（其中2名女性）在假刺激（sham）、中央丘脑和枕核超声处理前后，分别完成了一项警觉任务
利用低强度聚焦经颅超声刺激（TUS），研究人员检验了中央丘脑在唤醒以及枕核（pulvinar）在视觉空间注意中的因果作用。在一项受试者内、平衡设计的研究中，27名健康志愿者（其中2名女性）在假刺激（sham）、中央丘脑和枕核超声处理前后，分别完成了一项警觉任务（精神运动警觉任务，PVT）和一项视觉空间注意任务（Egly-Driver任务，EDT）。靶向中央丘脑可减慢警觉任务中的反应速度并增加注意失误次数，表明唤醒水平降低。枕核超声处理则减少（并减慢）了对出现在对侧视野的视觉刺激的反应，提示其对侧视觉空间注意受到干扰。这些结果为枕核与视觉空间注意、中央丘脑与健康人脑唤醒之间的关联提供了因果证据，并证明当超声作用于丘脑内邻近但功能不同的区域时，可在健康志愿者中诱发截然不同的行为改变，凸显了其作为非侵入性脑图谱绘制工具的潜力。
论文解读
一、研究背景与科学问题
丘脑及其与皮层的交互在感知、注意和意识中扮演核心角色。然而，由于经颅磁刺激（TMS）等可用于健康志愿者的常见神经调控技术无法直接靶向皮层下组织，目前关于健康人脑中丘脑等深部脑结构功能角色的认识，主要依赖于健康志愿者的相关性神经影像学研究，或非人灵长类动物模型及人类患者群体的损伤研究和侵入性神经调控研究。低强度聚焦经颅超声刺激（TUS）技术的出现填补了这一空白，它允许对健康人脑的皮层下组织进行安全、无创的调控。本研究利用TUS，旨在检验健康人脑中两个位置邻近但功能不同的丘脑区域——枕核（pulvinar）和中央丘脑——的因果作用。已有大量研究提示中央丘脑（包括板内核及邻近组织）参与唤醒调节和意识水平维持，而枕核则与视觉加工和注意相关。然而，在健康人脑中直接验证这些因果关系的证据仍然缺乏。
二、研究设计与技术方法
研究人员采用受试者内、假刺激对照、平衡设计，招募了27名健康志愿者（平均年龄23.07±3.33岁，其中2名女性），志愿者均来自加州大学洛杉矶分校（UCLA），经伦理委员会批准并签署知情同意。参与者需在左侧颞区保持短发以便超声换能器放置。每位参与者在不同日期的独立session中，分别接受假刺激、枕核和中央丘脑的TUS处理，并在处理前后完成精神运动警觉任务（PVT）和Egly-Driver任务（EDT）。TUS参数为：工作频率650 kHz，脉冲持续时间（PD）0.5 ms，脉冲重复间隔（PRI）10 ms，占空比（DC）5%，脉冲重复频率（PRF）100 Hz，空间峰值时间平均强度（Ispta.3）约720 mW/cm2，空间峰值脉冲平均强度（Isppa.3）约14.40 W/cm2。每个超声处理包含10个block，每个block包含30秒静息和30秒超声处理。靶区选择基于模板空间预先确定，再投影至个体解剖结构。数据分析采用混合效应模型和估计边际均值对比。
三、研究结果
精神运动警觉任务（PVT）：靶向中央丘脑的TUS处理显著减慢了反应速度并增加了注意失误。具体而言，与假刺激相比，反应时间增加8.56 ms（SE=1.40，padj<0.001），与枕核处理相比增加8.55 ms（SE=1.40，padj<0.001）。最慢10%反应时间分别增加18.07 ms（vs假刺激）和13.28 ms（vs枕核）。反应速度分别降低0.07 1/s（vs假刺激）和0.06 1/s（vs枕核）。注意失误的几率比（odds ratio）分别为1.64（vs假刺激）和1.54（vs枕核）。这些效应在任务开始时即已显现并持续整个任务期间。假刺激与枕核处理之间无显著差异。时间-on-task效应（警觉衰减）在所有条件下均被复制，但未受超声处理影响。
Egly-Driver任务（EDT）：中央丘脑超声处理广泛损害了视觉目标检测。与假刺激相比，目标检测几率比（odds ratio）为0.73（padj<0.001），与枕核处理相比为0.86（padj=0.035）。这种效应在有效提示的同侧和对侧目标中均观察到。中央丘脑处理未改变反应时间。相比之下，枕核超声处理产生了更具选择性的效应：在catch trials中，参与者对侧空间线索的反应显著减少，与中央丘脑处理相比，对侧线索正确拒绝的几率比为5.18（padj=0.028）。在主试次中，枕核处理选择性降低了对有效提示对侧目标的检测几率（vs假刺激：odds ratio=0.79，p=0.031），并显著减慢了对无效提示对侧目标的反应时间（vs假刺激：14.69 ms，p=0.029；vs中央丘脑：14.75 ms，p=0.028）。对同侧目标或有效提示对侧目标的反应时间无显著影响。
四、讨论与结论
本研究表明，靶向中央丘脑的TUS处理在PVT中减慢了反应并增加了注意失误，同时降低了EDT中的视觉目标检测，这些行为改变与唤醒水平的广泛降低一致。相比之下，枕核超声处理在EDT中产生了更特异的视觉空间行为改变：参与者对侧空间线索的反应减少，有效提示的对侧目标检测率降低，对无效提示对侧目标的反应时间延长，这些改变与对侧视野视觉空间注意的破坏一致。研究结果在健康人脑中提供了中央丘脑与唤醒、枕核与视觉空间注意之间因果关系的证据。此外，该工作表明，单阵元TUS在所采用的参数下可能具有抑制性效应，足以在超声处理后至少20分钟内改变健康志愿者的行为，且空间精度足以在同一受试者中对丘脑不同区域产生截然不同的行为改变。研究也承认了一些局限性，包括样本性别比例失衡、超声束可能影响邻近组织、以及基于模板空间的目标投影可能存在的定位误差。总体而言，该研究凸显了TUS作为非侵入性脑图谱绘制工具在健康人脑中研究深部脑区因果功能的潜力。
