在我们大脑的迷宫中，有各种神经信号传导的途径。这些通路可能会在神经疾病和精神疾病，如癫痫、帕金森氏症和强迫症的患者中出错。研究人员已经开发出新的治疗策略来更精确地定位与这些情况相关的神经通路，但它们通常需要手术治疗。
加州理工学院化学工程学助理教授米哈伊尔·夏皮罗(Mikhail Shapiro)的实验室的最新发现显示，未来科学家和医生可能会选择性地打开和关闭神经回路来进行治疗，而无需手术。这项新研究发表在7月9日的《自然生物医学工程》网络版上，它展示了这种方法是如何特别地改变小鼠的记忆形成的。该方法包括三种治疗方法:超声波、基因疗法和合成药物。
夏皮罗说:“通过使用声波和已知的基因技术，我们第一次可以对特定的大脑区域和细胞类型进行非侵入性控制，同时也可以控制神经元的开启或关闭时间。”夏皮罗同时也是一个Schlinger学者和一个传统医学研究所的研究员。这项工作对动物的基础研究和未来神经和精神疾病的治疗都有意义。
虽然微调神经回路的想法并不新鲜——例如，在一个不断发展的叫做光遗传学的领域，光被用来通过植入的光纤来控制大脑区域——夏皮罗方法的新颖方面是声波。夏皮罗的实验室此前曾使用声波来成像和控制体内工程细胞的功能。
在这项新的研究中，声波与注入血液的小气泡结合在一起，暂时打开了血脑屏障——一个保护层，阻止血液中的物质进入大脑，特别是那些有害的物质。
“当气泡被超声波击中时，它们就会振动，这种运动会使血脑屏障在短时间内打开，”新研究的主要作者、夏皮罗实验室的博士后学者Jerzy Szablowski说。
暂时打开血脑屏障是控制神经回路的三管齐下策略的第一步。通过超声定位的区域血脑屏障，团队可以使用基因疗法。一种病毒进入血液，它通过血脑屏障，然后将遗传指令传递给所需的细胞。这些基因指令编码蛋白质，被称为化学遗传受体，被设计用来对实验室制造的某种药物做出反应。
这个过程的最后一步是给药，并打开或关闭特定的神经元。
在这项新的研究中，研究人员通过定位老鼠的记忆形成神经元(位于大脑海马状突起的一部分)来演示这项技术。当给小鼠服用化学药物时，这些神经元被关闭，因此，小鼠暂时无法形成新的记忆。
由于夏皮罗实验室的新技术将化学遗传学与超声波结合在一起，研究小组将其称为“声学靶向的化学遗传学”。
北卡罗来纳大学教堂山分校的药理学教授布莱恩·罗斯(Bryan Roth)说:“这是一种令人印象深刻的创新方法，将对许多神经科学家有用。”
夏皮罗说:“我们的方法是多种技术的结合，每一种技术都已经在动物身上得到应用，并正在向临床推广。”“正因为如此，我们在开发过程中比从零开始时走得更远。”
研究人员说，他们希望继续在患有癫痫等疾病的动物身上进行试验。许多癫痫患者目前正在接受手术切除他们大脑中被认为会引发癫痫的区域。使用ATAC方法，理论上，在不需要手术的情况下，特定的大脑区域可以暂时关闭。
“这种方法是可逆的，”Szablowski说。“你可以使用一种药物来关闭感兴趣的神经细胞，但是随着时间的推移，这些细胞会重新启动。”你也可以进行药物剂量测定，以确定你是否完全关闭了大脑的那个区域。（Slowly_Fish 209056）
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