超声波技术在大脑中植入神经电极的应用

当我们在大脑中植入神经电极时，这些电极就像“入侵者”一样，会激活一种叫做小胶质细胞的“警察”，引发一系列炎症反应，甚至打开血脑屏障。这些反应会影响脑机接口的性能，就像在你最爱的电影中突然插入广告一样，让人很不爽。

但是，有一个新方法正在改变这一切！科学家发现，使用低强度脉冲超声波（LIPUS）刺激可以对抗这些反应。这项题为《Low-intensity pulsed ultrasound stimulation (LIPUS) modulates microglial activation following intracortical microelectrode implantation》的研究近期发表于《Nature Communications》，科学家们调研了LIPUS作为一种治疗手段来缓解由于植入神经电极而引起的异物反应的潜力。

该研究使用了格罗贝尔生物独家代理的Smartbox多通道电生理系统以及密西根硅电极进行信号采集&分析。

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研究表明，低强度脉冲超声波（LIPUS）刺激能够减少植入神经电极周围的炎症反应。虽然小胶质细胞在LIPUS刺激初期没有变化，但经过一周的每日治疗，LIPUS帮助小胶质细胞从忙碌的“战斗模式”转变为更平静的“监视模式”。简单来说，LIPUS让这些细胞从应对炎症的紧张状态转为日常巡逻和修复的状态，从而减少了炎症反应。

更有趣的是，LIPUS治疗显著减少了硅电极的小胶质细胞包裹，降低了与血管相关的小胶质细胞比例，并在慢性阶段减少了血管的平均直径。此外，LIPUS还减少了硅电极周围的星形胶质细胞瘢痕，从而提高了长期记录生物电信号的质量。

这张图展示了LIPUS治疗对小胶质细胞包裹微电极的影响：

a. 在第14天的图像中，对照组的小胶质细胞紧密地包裹着电极，而LIPUS组的小胶质细胞则显得更分散，覆盖更少。

b. 定量分析显示，LIPUS治疗组的微电极表面上方20微米范围内，小胶质细胞的覆盖率明显低于对照组。

本次研究采用了多种实验手段，包括LIPUS治疗，啮齿动物手术以及电极植入，神经信号记录以及显微成像。其中电生理部分使用了NeuroNexus公司的SMARTBOX PRO记录系统以及神经硅电极。

在实验中，研究人员先植入NeuroNexus的神经硅电极，并使用NeuroNexus的SmartBox Pro系统和Allego软件进行数据记录。这个系统可以非常精确地捕捉大脑的电信号，带宽从1 Hz到8 kHz，采样率高达30 kHz。然后，他们用低强度脉冲超声波对这些植入了电极的区域进行刺激。

简单来说，低强度脉冲超声波刺激不仅减少了微电极周围的炎症反应，还提高了脑机接口的性能。未来，我们或许能更好地利用这些技术，让脑机接口成为现实！

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