Ultrasound in Neuroscience: כלי לא פולשני עבור גירוי ו Imaging

בשנים האחרונות, טכנולוגיית אולטרסאונד התפתחה כמודולציה טרנספורמטיבית במדעי המוח, המציעה חוקרים ומרפאות את היכולת להשפיע ולדמיין פעילות המוח ללא צורך במושגים כירורגיים או אלקטרודות מושתלים את היכולת הכפולה הזו ו-#8212; גירוי מעגלים עצביים בעת ובעונה אחת הדמיה בזמן אמת ו- #8212; מפרש בין גישות מסורתיות כמו גירוי מגנטי (TM), גירוי עמוק של גירוי פנימי (Dypson) ואפקטיבי של דיכאון (DypSD) הוא דינמיטמטי) לשיטות הדמיה (Demicial) ואפקטיביות) של דיכאון (Demicial) ו-Demicial) הוא סימולציה של דלקת ריאות (Demicial) ו-Demicial (Demicial) הוא גירוי (Demicial) ו-Demicial) ו-Demicial) של דלקת ריאות (Demicial (Demicial) ו-Demicial (Demicial) הוא לספק סימולציה של דלקת ריאות (Demicial) ו-Demgicial) הוא סימולציה של דלקת ריאות (Demicial) ו-Demtramicial הדמיה (Demtraticial

בניגוד לקרינת יון (X-rays או CT) או שדות מגנטיים חזקים (MRI), אולטרסאונד מבוסס על רטטים מכניים המפיצים באמצעות רקמות ביולוגיות. גלי לחץ אלה אינטראקציה עם תאים ומבנים חוץ סלולריים, המאפשרים הדמיה אבחון ומודולציה טיפולית כאחד, הלא פולשנית, ניידת, וטבע יעיל של מערכות אולטרסאונד עושה אותם אטרקטיבי במיוחד לשימוש חוזר באוכלוסיות פגיעות, כולל ילדים, נשים בהריון, ורפואה, אשר מופעלת, כמו גם עבור מכשירים נוגדים, כמו גם עבור אולטרסאונד, כמו גם עבור טיפול תרופתיים, כמו גם עבור אולטרסאונד, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור נוגדנים, כמו גם עבור נוגדנים, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, אשר מופעלת, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור מערכות אולטרסאונד, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור טיפול תרופתי, כמו גם עבור מערכות אולטרסאונד, 000.

יסודות אולטרה-סאונד במוח

פיזיקה ומכניזם

גלי אולטרה סאונד הם גלי קול עם תדרים מעל טווח השמיעה האנושי, בדרך כלל בין 0.5 ל 10 MHz עבור יישומים רפואיים. בהקשר של המוח, תדרים נמוכים (כ- 0.2 עד 2 MHz) משמשים לעתים קרובות כי הם חודרים את הגולגולת בצורה יעילה יותר, בעוד תדרים גבוהים יותר מציעים פתרון טוב יותר עבור מבנים הדמיה שטחית. הגלים נוצרים על ידי טרנסנפצ'ואלקטריים המכילים גבישים חשמליים שממירים חשמליים לתנוטים מכניים, כאשר הם עוברים לרטטים אלה, דרך רטטים, דרך ספקטרום, בין חומר מתכתי מתכתי מתכתי מתכתי, בין חומר, לבין חומר, לבין חומר כימי, אשר גורם, לבין תמונות מתכתי מתכתי מתכתי מתכתי, אשר גורמים, בין חומר מתכתי, לבין חומר לבן, לבין חומר, לבין חומר, לבין חומר, אשר גורם, בין אם הם גורמים, לבין חומר מתכתי דם אפור, לבין מתכתי, לבין תמונות מתכתי דם אפור, לבין , אשר גורם, אשר גורם, בין מתכתב, לבין חומר, אשר גורם, בין מתכתי מתכתי מתכתי ראייה, לבין חומר, לבין חומר, לבין חומר, לבין מתכתב, לבין גולגולת, אשר עשוי לגרום לרקמות מתכתי דם אפור, לבין חומר, אשר גורם,

לגירוי, אולטרסאונד ממוקד (FUS) מתמקד אנרגיה אקוסטית על נפח מטרה קטן, לעתים קרובות עם דיוק ברמת מילימטר.אפקטים המכניים של הגלים ו- #8212; כולל כוח קרינה, קוויטציה (היווצרות ותנודות של בועות גז), ואפקטים תרמיים ו-#8212; יכול לשנות את יכולת הנוירונים.

יתרונות מרכזיים על פני שינויים אחרים

בהשוואה לגירוי חשמלי או מגנטי, אולטרסאונד מציע שילוב ייחודי של תכונות. גירוי מגנטי טרנסצ'רי (TMS) ו גירוי נוכחי ישיר טרנסיאלי (tDCS) לספק חדירה מוגבלת ורזולוציה מרחבית ירודה בעומק. גירוי עמוק במוח (DBS) משיג דיוק מעולה אבל דורש ניתוח פולשני יכול להגיע מבנים עמוקים כמו thalamus, basal Ganglia, ו hippous ללא הפרעה אלקטרונית, אפילו לא יכול להיות יעיל חדר הגנה פיזית, או אפילו.

עקבו אחרי Neural Stimulation

כיצד מתמקדת Ultrasound Modulates פעילות עצבית

אולטרסאונד ממוקד בעצימות נמוכה (LIFU) הוכח גם לפעילות עצבית וגם מדכאת בהתאם הפרמטרים המשמשים ו- #8212; תדירות, הדופק קצב החזרה, מחזור חובה ועוצמה.לדוגמה, התפרצויות קצרות של אולטרסאונד החלים על קליפת המוח הראשי יכול לעורר התכווצויות שרירים, בעוד חשיפה מתמשכת עלולה לדכא פעילות דמוית התקף במודלים של בעלי חיים.

מחקרים מוקדמים בבני אדם הראו כי FUS החל על קליפת המוח הסומטופסיה יכול לשנות תפיסה טקטית לעורר תחושות טינג, תוך מיקוד קליפת המוח החזותית יכול ללטיזר phosphenes. יותר ניסויים קליניים אחרונים חקרו את השימוש של אולטרסאונד לטיפול בדלקתיות חיונית, אלצהיימר & #8217; מחלה, ותנאים פסיכיאטריים.

יישומים קליניים של Ultrasound Stimulation

  • (ב) [ה]המחלה:0.4.4.]] ו-#8217; המחלה: ⁇ FLT] 1 FUS מיקוד גרעין תת-הפילמי או מערכת פלידות'למית הראו הבטחה בצמצום הסימפטומים של המנועים כגון קשיחות, bradykinesia, ו-tremor. Aפיילוט שפורסם ב-FLT:2NeurologyFLT: 3LT דיווחו על שיפור ב-UPS לאחר מפגשים חוזרים ונשנים של LI.
  • (FLT:0) דיכוי וחרדה: FLT:1 Modulating את קליפת המוח הקדמית או מבנים גפיים עם אולטרסאונד נחקר כחלופה ל- TMS. תוצאות מוקדמות מציעות ירידה בתסמינים מדכאים בחולים עמידים לטיפול.
  • (FLT:0)Epilepsy: 1FLT 1 Ultrasound ניתן להשתמש כדי לשבש את ההתפשטות של פעילות ההתקפים. נתונים קדם-קליניים במודלים מוטנטים מוכיחים כי FUS יכול לסיים פרכוסים בזמן אמת כאשר הוא מיושם על המוקד האפילפטי.
  • (FLT:0) כאב כרוני: 1FLT (ב) שמטרתו רשתות עיבוד כאב אפילמטי, FUS סיפקה הקלה זמנית בחולים עם תנאי כאב נוירופתיים, המציעה צו לא תרופתי לטיפולים קיימים.
  • (FLT:0)Recovery לאחר שבץ:FLT:1hil על ידי שינוי של קשיחות קוטריאלית, אולטרסאונד עשוי לקדם נוירופלסטיות ושיקום פונקציונלי. ניסויים ראשוניים הראו שיפור תפקוד מוטורי בשילוב עם טיפול פיזי.

יתרונות ומגבלות של אולטרה-סאונד Stimulation

האופי הלא פולשני, חסר הכאב וההשמצה של FUS הופך אותו אטרקטיבי לשימוש המחקרי והן הקליני. כי הוא אינו דורש השתלת אלקטרודות, הסיכון לזיהום, סיבולת, או תגובה חיצונית לטווח ארוך חוסמת למעשה.האפקטים ניתן להזיז ולהסתלק באופן מיידי, והמינון יכול להיות מותאם בזמן אמת בהתבסס על תגובה אישית.

עם זאת, אתגרים נשארים.הגולגולת מתפתלת ומעוותת גלים אולטרסאונד, מה שהופך את המיקוד המדויק יותר טכניקות תיקון שלב באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או מפות צפיפות MRI יכול לשפר את מיקוד, אבל להוסיף מורכבות.יתר על כן, ריקנות אישית בעובי גולגולת וריפוי משפיע על אינטנסיביות הנמסר, הדורשת שיקולים ספציפיים לחולה בטיחות כוללים גם את הפוטנציאל עבור unintended, פגיעה אישית של אזורים של תרופות ו-רפואיים מחוץ לתחום טיפול רפואי (או מיקוד) ו-רפואי (Creative) ו- FDA) ו- HIV.

עקבו אחרי Brain Imaging

Ultrasound (fUS)

בעוד אולטרסאונד B-mode קונבנציונלי מציע פתרון מוגבל באמצעות הגולגולת, ההתקדמות האחרונה באולטרסאונד פונקציונלי (fUS) שיפרה באופן דרמטי את היכולת לצלם פעילות המוח. . pUS שינויים בנפח הדם המוחי עם רזולוציה גבוהה של spatiotemporal, גילוי התגובה המודינמית המלווה הפעלה עצבית ו-#8212; בדומה ל- FMRI אבל שימוש בסאונד של שיטות הדמיה מהירות (andous של מסגרות פעילות אנושית) עם תאים אישיים וקורטיים אחרים, כמו גם עם עורבחיים פונקציונליים, כמו גם עם רגישות מינית, אך ורקמותרפיים, אך במקום מפונקטיביים, אך ורקמותרפיים, לעומת תאים אחרים, לעומת תאים סטרואליים, כמו גם עם תאים אחרים, כמו FMRI, אך שימוש במתחתיים, אך שימוש בפסים, אך שימוש בפסים, אך במקום שימוש בגרסאות פונקציונליים, אך באמצעות צליל של חיות עוריתיים, אך במקום שימוש במתחים, אך במקום במתחמיים, אך במקום שימוש בגרסאות פונקציונליים, לעומת תאים פונקציונליים, אך במקום שימוש בגרסאות פונקציונליים, לעומת חומרים אופטיים, לעומת תאים סטרואליים, לעומת תאים אחרים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת מפונקרטיים, לעומת תאים סטרו

לדוגמה, מחקר ב-FLT:0)Neuro ImageveFLT:1 הראה כי fUS יכול להיות מקומי באופן אמין כדי למקם את somatosensory ותשובות חזותיות במוח האנושי, עם החלטה מתקרבת 100 מיקרומטר על פני השטח הקורטקטי. רמה זו של פרטים דומה הדמיה אופטית אבל ללא צורך של craniomy.

Contrast-Enhanced Ultrasound (CEUS)

מיקרוברוצ'י ניגודיות ו-#8212; תחומים מלאים גזים המוקפים על ידי קליפת שומנים או חלבון ו-#8212; ניתן מוזרק באופן בלתי יזום כדי לשפר את ההדמיה האולטרסאונד (microbubbles oscillate מאוד בתחום האולטרסאונד, ומייצרת הדים נפרדים שניתן להשתמש בהם כדי לחדד את זרימת הדם, ההיתוך ואפילו את השלמות של מחסום הדם-BUS (BB) הוא בשימוש יותר מ-cookies, כדי לדלקתי, כדי לדלקתי, כלומר, כאשר הם משתמשים בו כדי לדלקתיים, יותר, כלומר, יותר מאשר ב-Bicials, כדי ל-cotchd, כדי ל-cotchd, כדי לדגמיצינורמחץ דם, כדי ל-copericials, כדי לדגמיצינורמחץ דם, כאשר הם משתמשים בו, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

אולטרסאונד תמונה עבור טיפול

אחד הנכסים החזקים ביותר של אולטרסאונד הוא היכולת לשלב הדמיה וטיפול במכשיר יחיד. אותו transducer יכול לשמש כדי לאתר מטרה (למשל, גידול או גרעין עצבי), לתכנן את הטיפול, לספק אולטרסאונד ממוקד, ולעקוב אחר השינויים התרמית או אקוסטיים בזמן אמת. גישה סגורה זו מצמצם את הנזק לרקמות בריאות ומאפשרת משוב מיידי מערכות FUS כבר זמין עבור יישומים נמוכים יותר, במיוחד עבור נוגדנים גמישים, רק תחת הגדרות אולטרה סאונדרנטיבות.

אתגרים ומחקר מתמשך

למרות ההבטחה שלה, אולטרסאונד עומד כמה מכשולים טכניים וביולוגיה.הגולגולת נותרה המכשול העיקרי.גם עם אלגוריתמים מתקדמים של תיקון שלב, חוסר ההתאמה האקוסי בין עצם לרקמות רכות מוביל לקליטה משמעותית ודחייה, הגבלת ההתעצמות המוקד הבלתי ניתן להשגה בעומק.עבור מטרות מוח עמוקות, מערך רב-תכליתי- ⁇ -סוגלעת נדרש לעתים קרובות, אשר עולה וניתן ליצור מורכבות (מחי-חול).

אתגר נוסף הוא הכדאיות בתגובות אישיות.אותן פרמטרים יכול לייצר אפקטים שונים בנושאים שונים, או אפילו באותו נושא על ימים שונים.הגמישות הזו נובעת מהבדלים בהרכב הגולגולת, מצב עצבי (למשל, כוננות), ופעילות המוח המתמשכת.סגורה את הלולאה עם משוב אלקטרופיזי או הדמיה בזמן אמת היא תחום מחקר פעיל.

בצד ההדמיה, fUS עדיין מתמודדת עם מגבלות בעומק חדירה וחוסר היכולת לצלם דרך הגולגולת האנושית כולה ברזולוציה גבוהה. בעוד היא עובדת היטב דרך עצם דק (כמו בגולגולת מוטאנטים או דרך חלון העצם הזמני), הדמיה מלאה ראש שלם עדיין לא אפשרית.

כיוונים עתידיים

העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית הן בגיירוי והן בהדמיה של אודיו. מכשירים מיניוורידיים, כולל כובעים שניתן ללבוש ותיקונים מותאמים, נמצאים בפיתוח של נוירומודולציה כרונית. בשילוב עם כוח אלחוטי ועברת נתונים, מערכות אלה יכולות לאפשר לחולים לקבל טיפול יומיומי בבית, להתאים פרמטרים מרחוק באמצעות סמארטפון.עבור הדמיה, שילוב של אלגוריתמים בינה מלאכותית ישפר את התמונה, השיקום, וההסרה, מה שהופך את ה-FUS לפרשת כמו fMRUS.

שדה נוסף של burgeoning הוא השילוב של אולטרסאונד עם טיפול גנטי או אופטיקוגנטים.לדוגמה, אולטרסאונד יכול לשמש כדי להניע את הביטוי של ערוצי יון רגישים לאור באזורים במוח ממוקדים באמצעות מקדם רגישות חום, המאפשר שליטה מדויקת של פעילות עצבית עם אור (ביטוי גנים מבוקר באופן אוטומטי). גישה זו יכולה לספק מפרט חסר תקדים לטיפול בהפרעות מעגלים.

המטרה הסופית היא ליצור ממשק עצבי סגור שעוקב בקביעות אחר פעילות המוח (באמצעות הדמיה אולטרסאונד) ועורר (באמצעות אולטרסאונד ממוקד) כנדרש כדי לשחזר תפקוד רגיל.מכשיר כזה יכול להיות טרנספורמטיבי לתנאים כמו אפילפסיה, שבו התקף בזמן אמת וזיהוי יכול למנוע התקפות לפני שהם מגלים מחסומים קליניים, בעוד שחסמים רבים נשארים, קצב החדשנות מרמז כי ביוטכנולוגיה מבוססת אולטרסאונד יהפכו לכלי סטנדרטי בנומטרולוגים בתוך ה-עשר17 שנים הבאות.

מסקנה

טכנולוגיית אולטרה סאונד התפתחה מכלי הדמיה נישה לפלטפורמה מגוונת של גירוי עצבי לא פולשני ודימות. על ידי מינוף אינטראקציות מכניות תרמיות של גלי קול קידוד גבוה עם רקמת המוח, החוקרים יכולים כעת לקבוע מעגלים עצביים עם מסלולים מדויקים וויזואליזציה פעילות המוח בזמן אמת ללא צורך בניתוח.