经颅聚焦超声与经颅电刺激协同作用的脑调控机制
2026-04-15 来源:本站 点击次数:189本文围绕经颅聚焦超声与经颅电刺激协同作用的脑调控机制展开研究，通过对 27 名静息态受试者开展全脑脑电图记录，验证经颅电声刺激可实现皮层目标区域特异性激活，明确经颅聚焦超声仅具备阈下调控作用，单独使用无法产生定位特异性神经响应，同时澄清其听觉通路干扰问题，为无创脑调控技术提供统一理论框架。
该研究由 Joshua Kosnoff、Colton Gonsisko、Kai Yu 等学者完成，论文题为 Transcranial focused ultrasound induces source localizable cortical activation in resting state humans when applied concurrently with transcranial electric stimulation，于 2026 年 3 月在线发表于 Nature Communications 期刊。
重要发现
01核心科学问题与实验设计
研究针对经颅聚焦超声对人脑作用机制不明确的行业争议，设计三组对照实验，分别为单独经颅聚焦超声、单独经颅直流电刺激、二者联合的经颅电声刺激，以 27 名健康静息态人类为研究对象，采用全头皮脑电图实时采集神经电信号，结合动态统计参数映射源成像技术完成皮层源定位分析。实验采用 500kHz 基频超声，设置 30Hz 与 3kHz 两种脉冲重复频率，统一超声作用时长 500ms、占空比 30%，经颅直流电刺激全程保持开启，通过空间对照超声排除听觉干扰，严格控制实验变量以保证结果可靠性。
研究依托脑电图源成像技术实现脑活动精准解析，先对脑电图数据进行 1-40Hz 带通滤波、伪迹去除、坏电极插值等预处理，再以动态统计参数映射方法将头皮电信号反向投射至大脑皮层，计算源波形功率并映射至标准脑模型。同时采用时空置换聚类检验、贝叶斯因子分析、格兰杰因果分析等统计方法，验证神经响应的区域特异性，结合改良霍奇金 - 赫胥黎模型，加入压电离子通道并行通路，从细胞层面解释电声协同调控的作用原理，全程依托无创生物电成像与建模分析，完整还原脑内神经活动规律。
03实验结果与核心结论
实验结果显示，单独经颅聚焦超声与单独经颅直流电刺激，均无法诱发具有定位特异性的皮层激活，仅会引发全脑对称的听觉通路响应，格兰杰因果分析证实超声主要激活听觉皮层至深部脑区的信息传递。而二者联合的经颅电声刺激，可在刺激后 10-63ms 产生显著的半球特异性响应，目标脑区同侧源功率显著高于对侧，实现精准定位的皮层激活。同时证实经颅聚焦超声的定位特异性作用为阈下调控，无法单独触发阈上神经兴奋，仅能与经颅直流电刺激协同产生叠加效应，该结论统一了行业内关于经颅聚焦超声作用机制的矛盾观点。
创新与亮点
本研究突破经颅聚焦超声单独使用无定位特异性、易受听觉干扰的成像难题，首次提出经颅电声刺激联合成像调控技术，依托脑电图源成像实现无创、高时空精度的脑活动解析。将超声机械效应与电刺激阈下调控结合，无需侵入式操作即可定位激活皮层区域，空间精度达毫米级。在光学生物医疗领域，为无创脑功能成像、神经调控治疗提供全新技术路径，可应用于脑疾病诊断、认知功能修复等场景，兼顾成像精准性与临床安全性，推动无创生物成像与神经调控技术的融合发展。
总结与展望
本研究证实经颅聚焦超声为阈下神经协同调控手段，与经颅直流电刺激联合可实现定位特异性皮层激活，澄清其听觉干扰争议。未来可优化超声脉冲波形、调控参数，进一步提升经颅电声刺激的空间聚焦性，同时深入探索人类脑内压电离子通道特性，推动该技术在脑科学研究与临床神经疾病治疗中的落地应用。
声明：本文仅用作学术目的。
Kosnoff J, Gonsisko C, Yu K, Zhang J, Ding Y, Zhang Y, He B. Transcranial focused ultrasound induces source localizable cortical activation in resting state humans when applied concurrently with transcranial electric stimulation. bioRxiv [Preprint]. 2025 Dec 8:2025.12.03.692212.
DOI:10.64898/2025.12.03.692212.