Nature子刊：香港理工大學孫雷團隊通過超聲波精準調控小鼠運動行為

　　近期，香港理工大學生物醫學工程學系孫雷教授團隊（侯璇迪、景佳寧為共同第一作者）在 Nature Communications 期刊發表了題為：Nanobubble-actuated ultrasound neuromodulation for selectively shaping behavior in mice 的研究論文。

　　該研究利用低強度超聲驅動生物源性納米氣體囊泡靶向刺激小鼠不同腦區，實現對小鼠運動行為的調控，并改善抑郁小鼠癥狀。該研究為微創、精準的神經調節提供了新思路，有望為神經科學和腦疾病治療帶來革新。

　　經顱超聲神經刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation，TUS）是一種極具潛力的新一代神經調控技術。經顱超聲可以無創地穿過顱骨并聚焦在深腦毫米級區域，在人腦功能研究和疾病治療中展現了巨大的潛力。如何實現精準的超聲神經調控，是目前重要的研究方向。目前正在發展的方法包括：超聲聲遺傳學、超聲熱遺傳學等。而該研究則提供了一種無需轉基因的新方法。

　　氣體囊泡（gas vesicles，GVs）是一種獨特的可被基因編碼的富含氣體的蛋白質納米結構，主要在水棲光合生物中表達，作為調節浮力的一種手段。它具有獨特的聲學特性，近年的系列研究展示了其在超聲分子影像中的巨大潛力，被認為是超聲成像中的“熒光蛋白”。

　　GVs在超聲波聲場中會產生振動，研究人員曾利用這一現象，將超聲能量集中化在GVs附近，從而利用較低的超聲強度實現了對深腦區的靶向激活。近期研究結果表明，納米氣泡協同低強度超聲（PGVs+US）可實現亞毫米區域神經激活，用于調控兩個相鄰的深部腦區，進而誘發小鼠產生不同的運動行為（凍結或旋轉）。此外，該技術還可用于神經疾病的治療，通過靶向激活DRN中的5-HT神經元改善了小鼠抑郁樣行為。

　　圖1. a) 實驗原理圖，PGVs 介導超聲波激活神經元機械敏感離子通道；b) PGVs+US刺激引發細胞內鈣信號 (Fluo 4)熒光成像。

　　圖2. a) 小鼠頭部的超聲刺激裝置；b) 顯示 Saline+（左）或 PGVs+（右）小鼠運動軌跡；c) 同一 PGVs+ 小鼠在超聲刺激之前（左）運動和期間（右）的靜止圖像；d) 記錄小鼠在超聲之前、期間和之后的運動軌跡；e)小鼠在懸尾試驗（TST）期間的不動時間；f）小鼠在強迫游泳測試（FST）期間的不動時間。

　　這項研究為微創、精準的神經調節提供了新思路，有望為神經科學和腦疾病治療帶來革新。香港理工大學生物醫學工程學系孫雷教授為該論文的通訊作者，侯璇迪博士和博士生景佳寧為該論文共同第一作者。