用于高精度神经调节的光声学

神经调节在破译神经回路和探索神经疾病的临床治疗方面发挥着重要作用。光声神经调制是一种新的多功能模式，它提供了超声的高穿透深度以及光子的高空间精度。

光声过程涉及以超声波频率转换成声波的光脉冲。生命科学见证了光声技术的快速发展，用于对活的生物结构进行成像——从亚细胞结构到器官，甚至整个动物。

波士顿大学的一个团队最近开始利用光声学进行高精度神经调节。通过重新利用最初为手术引导而开发的光声发射器，他们开发了第一个光声神经刺激示例。最近，他们创造了一种新型光声发射器，将精度扩展到单个神经元和亚细胞水平。在Neurophotonics上发表的一篇入门文章中，他们讨论了将光声学作为一种可行的神经调节工具的设备设计考虑因素、潜在机制和障碍。他们还就该领域基础和转化研究的未来方向发表了自己的看法。

光声神经调节可以通过多种技术实现。神经元刺激已成功应用于治疗神经和精神疾病，包括癫痫、阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和难治性抑郁症，可能会在光声学中找到新的方法。因此，光声神经元刺激将避免与电刺激相关的问题，并获得更好的精度以达到更精细的神经纤维，例如脑瘫儿童。

入门中调查的一些新型光声技术包括基于纤维的神经刺激、生物相容性薄膜和纳米粒子介导。纤维或基于薄膜的阵列形式的多路复用发射器可能用于刺激，例如，用于视觉假体的视网膜神经节细胞。

高度微型化的基于光纤的光声发射器可以将药物输送到细胞膜中，或集成到导管和针头等医疗设备中，以提供实时手术指导。

与基于光纤的光声发射器设备相辅相成，生物相容性光声薄膜可以作为一种新的神经接口，提供从光声刺激到结构支持和生长引导的多种功能。作为生物电子学平台和组织支架的基础，生物相容性光声薄膜已被证明可以增强骨工程中的再生效果。它们还被证明能够通过增加脑源性神经营养因子的分泌来促进神经再生。作为一种光介导技术，光声支架消除了电线连接和基因改造的要求。

根据资深作者、波士顿大学 Theodore Moustakas 光子学和光电子学讲座教授 Ji-xin Cheng 的说法，“总体而言，光声神经调制与其超声波对应物相比具有许多优势，包括更高的时空分辨率、最小的热积累和宽带宽， “这使其适用于动物模型甚至人类患者的区域特异性调节。另一方面，光声神经调节仍处于早期发展阶段，未来的研究还存在一些挑战。”

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