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    這一發(fā)現為探索人腦功能，理解認知、決策與思維帶來(lái)了強有力的新工具

    海豚、蝙蝠甚至螳螂，都把超聲波作為一種感覺(jué)引導系統。

    日前，來(lái)自弗吉尼亞理工大學(xué)加里蘭研究所的科學(xué)家們發(fā)現，將超聲波直接作用于腦部特定區域，能增強人們對觸覺(jué)的分辨能力。這也是研究人員首次證明，低強度、經(jīng)顱聚焦超聲波能調節人類(lèi)腦活動(dòng)，提高覺(jué)察能力。相關(guān)論文在線(xiàn)發(fā)表于近日出版的《自然-神經(jīng)科學(xué)》雜志上。

    論文資深作者、加里蘭研究所副教授WilliamTyler說(shuō)：“目前，繪制人腦神經(jīng)連接呈增長(cháng)趨勢，超聲波有望為此帶來(lái)前所未有的分辨率。我們決定看看超聲波對負責處理觸覺(jué)輸入信息的腦區有哪些影響。”

    在這項最新研究中，科學(xué)家對處理手部感覺(jué)的腦皮層區發(fā)送了聚焦超聲波。為了**中間神經(jīng)（沿手臂下來(lái)通過(guò)腕骨通道的一條神經(jīng)），他們在志愿者手腕放了一個(gè)小電極，并用腦電圖（EEG）記錄其腦部反應。然后在**神經(jīng)之前，瞄準相應腦區開(kāi)始發(fā)送超聲波。結果發(fā)現，超聲波能降低EEG信號，削弱腦波對編碼觸覺(jué)**的反應。

    研究人員隨后進(jìn)行了兩項傳統神經(jīng)學(xué)測試：兩點(diǎn)辨別和頻率辨別。前者檢查志愿者能否區分接觸皮膚的兩個(gè)相鄰物體是在不同的兩個(gè)點(diǎn)；后者檢測他對一串氣流頻率的敏感性。實(shí)驗顯示，在辨別靠近物體、連續氣流頻率的微小差異方面，接受超聲波的志愿者的覺(jué)察能力明顯提高。當研究小組將超聲波束從原來(lái)位置移動(dòng)了一厘米時(shí)，這種影響消失了。

    Tyler表示：“觀(guān)察結果讓我們驚訝！雖然與觸覺(jué)**相關(guān)的腦波被削弱，但人們在覺(jué)知感覺(jué)差異方面確實(shí)做得更好。”

    為什么遏制大腦對感覺(jué)**的反應卻提高了覺(jué)知能力？這似乎很矛盾。Tyler推測，是超聲波影響了重要的神經(jīng)平衡。“我們認為，聚焦超聲波在它瞄準的腦區部位，改變了處理感覺(jué)**時(shí)興奮與抑制的平衡，這種改變阻止了**興奮的擴展，使得覺(jué)知功能增強。”

    Tyler表示：“這意味著(zhù)我們能利用超聲波瞄準一毫米大小的腦區。這一發(fā)現也帶來(lái)了一種調節人腦活動(dòng)的非入侵式新方法，而且空間分辨率超過(guò)現有任何方法。”基于本研究和較早的一項研究結果，研究人員認為，超聲波比目前的經(jīng)顱磁**和經(jīng)顱直流電**的空間分辨率更高。

    論文第一作者、加里蘭研究所博士后學(xué)者WynnLegon說(shuō)：“進(jìn)一步理解超聲波脈沖怎樣影響突觸抑制與興奮的平衡，怎樣影響局部腦回路對長(cháng)程連接的活動(dòng)，這對我們更精確繪制人腦中大量的互聯(lián)突觸回路很有幫助。”

    加里蘭研究所執行董事、專(zhuān)門(mén)研究大腦可塑性的神經(jīng)科學(xué)家MichaelFriedlander表示：“在開(kāi)發(fā)新的安全有效的非入侵方法、調節人腦細胞回路中信息流方面，Tyler與其同事的研究處在前列。”這種方法為精確掌握神經(jīng)回路活動(dòng)提供了技術(shù)和理論證明，有助于開(kāi)發(fā)神經(jīng)退行性紊亂病癥的潛在療法，也為探索正常人腦功能，理解認知、決策與思維帶來(lái)了強有力的新工具。

    Tyler指出：“在神經(jīng)科學(xué)中，要擾亂一些事很容易。我們能分散你的注意，讓你感到麻木，產(chǎn)生視覺(jué)錯覺(jué)。讓事情變糟很容易，但要讓事情變好卻很難。這一發(fā)現讓我們確信，我們的道路是正確的。”