用于高精度神經調節(jié)的光聲學

神經調節(jié)在破譯神經回路和探索神經疾病的臨床治療方面發(fā)揮著重要作用。光聲神經調制是一種新的多功能模式，它提供了超聲的高穿透深度以及光子的高空間精度。

光聲過程涉及以超聲波頻率轉換成聲波的光脈沖。生命科學見證了光聲技術的快速發(fā)展，用于對活的生物結構進行成像——從亞細胞結構到器官，甚至整個動物。

波士頓大學的一個團隊最近開始利用光聲學進行高精度神經調節(jié)。通過重新利用最初為手術引導而開發(fā)的光聲發(fā)射器，他們開發(fā)了第一個光聲神經刺激示例。最近，他們創(chuàng)造了一種新型光聲發(fā)射器，將精度擴展到單個神經元和亞細胞水平。在Neurophotonics上發(fā)表的一篇入門文章中，他們討論了將光聲學作為一種可行的神經調節(jié)工具的設備設計考慮因素、潛在機制和障礙。他們還就該領域基礎和轉化研究的未來方向發(fā)表了自己的看法。

光聲神經調節(jié)可以通過多種技術實現。神經元刺激已成功應用于治療神經和精神疾病，包括癲癇、阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥和難治性抑郁癥，可能會在光聲學中找到新的方法。因此，光聲神經元刺激將避免與電刺激相關的問題，并獲得更好的精度以達到更精細的神經纖維，例如腦癱兒童。

入門中調查的一些新型光聲技術包括基于纖維的神經刺激、生物相容性薄膜和納米粒子介導。纖維或基于薄膜的陣列形式的多路復用發(fā)射器可能用于刺激，例如，用于視覺假體的視網膜神經節(jié)細胞。

高度微型化的基于光纖的光聲發(fā)射器可以將藥物輸送到細胞膜中，或集成到導管和針頭等醫(yī)療設備中，以提供實時手術指導。

與基于光纖的光聲發(fā)射器設備相輔相成，生物相容性光聲薄膜可以作為一種新的神經接口，提供從光聲刺激到結構支持和生長引導的多種功能。作為生物電子學平臺和組織支架的基礎，生物相容性光聲薄膜已被證明可以增強骨工程中的再生效果。它們還被證明能夠通過增加腦源性神經營養(yǎng)因子的分泌來促進神經再生。作為一種光介導技術，光聲支架消除了電線連接和基因改造的要求。

根據資深作者、波士頓大學 Theodore Moustakas 光子學和光電子學講座教授 Ji-xin Cheng 的說法，“總體而言，光聲神經調制與其超聲波對應物相比具有許多優(yōu)勢，包括更高的時空分辨率、最小的熱積累和寬帶寬， “這使其適用于動物模型甚至人類患者的區(qū)域特異性調節(jié)。另一方面，光聲神經調節(jié)仍處于早期發(fā)展階段，未來的研究還存在一些挑戰(zhàn)。”

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