经颅脉冲刺激（TPS）对人脑长期影响的首次证据
研究团队与发表信息
本研究由Eva Matt、Lisa Kaindl、Saskia Tenk等学者主导，团队来自奥地利维也纳医科大学（Medical University of Vienna）神经病学系的高场磁共振中心。研究成果于2022年发表在*Journal of Translational Medicine*（《转化医学杂志》），标题为《First evidence of long-term effects of transcranial pulse stimulation (TPS) on the human brain》。论文采用开放获取形式，遵循CC BY 4.0许可协议。
学术背景与研究目标
科学领域与背景
研究聚焦于非侵入性脑刺激技术（Non-Invasive Brain Stimulation, NIBS）在神经调控中的应用。传统NIBS技术（如经颅磁刺激TMS和经颅直流电刺激tDCS）存在空间分辨率低、难以靶向深部脑区的局限性。而基于超声的NIBS技术（如经颅聚焦超声tFUS）因其高空间分辨率和深部刺激能力成为新兴研究方向。然而，超声刺激的长期效应尚不明确。
研究动机与目标
本研究首次通过假手术对照（sham-controlled）的纵向设计，探究经颅脉冲刺激（Transcranial Pulse Stimulation, TPS）对人脑功能与结构的长期影响。TPS是一种新型超声刺激技术，采用超短脉冲（3微秒）避免组织加热和驻波效应，已通过CE认证用于阿尔茨海默病治疗。研究旨在验证TPS是否能在刺激停止一周后仍诱导神经可塑性变化，并评估其安全性。
研究方法与流程
实验设计
研究采用随机双盲交叉设计，纳入12名健康右利手男性受试者（年龄18-35岁）。实验分为两个阶段（各3周），间隔1周，分别接受真实（verum）TPS和假（sham）刺激。每阶段包含：
1. 基线评估（第1周）：结构/功能磁共振成像（MRI）和行为测试（触觉空间辨别、感觉运动灵活性）；
2. 干预阶段（第2周）：连续3天进行3次TPS刺激；
3. 后测评估（第3周）：重复MRI与行为测试。
TPS刺激参数
- 靶区：左侧中央后回（初级体感皮层右手代表区），通过MRI实时神经导航精确定位。
- 刺激参数：每次1000个脉冲，能量通量密度0.25 mJ/mm²，脉冲重复频率4 Hz。
- 假刺激：使用外观相同的屏蔽帽阻断超声波，保留敲击声以模拟真实刺激。
数据采集与分析
1. 功能连接性分析
- 静息态fMRI：采用图论指标全局效率（Global Efficiency, GE）评估感觉运动网络的信息处理能力。
- 关键发现：真实TPS显著提高左侧感觉运动网络的GE（p=0.040），涉及初级体感皮层、运动皮层及高级整合区（如顶叶上回）。
2. 白质微结构分析
- 扩散张量成像（DTI）：检测轴向扩散率（Axial Diffusivity, AD）、径向扩散率（RD）等指标。
- 关键发现：真实TPS后，左侧初级体感区和运动区的AD显著降低（p<0.05），提示轴突完整性改善。
3. 行为学测试
- 触觉空间辨别任务（2POD）与硬币旋转任务：未发现统计学显著差异，但真实TPS组表现有改善趋势。
主要结果与逻辑链条
- 功能网络增强：TPS上调了靶区及相关网络的连接效率，支持其诱导神经可塑性的假说。
- 结构改善：AD降低反映轴突密度或直径增加，与动物模型中超声促进神经再生的结果一致。
- 行为学关联：虽然行为改善未达显著水平，但AD降低与触觉敏锐度提升存在趋势性相关（ρ=0.281）。
结论与价值
科学意义
- 长期效应验证：首次证明TPS的神经调控效果可持续至少一周，超越了传统NIBS的短暂作用窗口。
- 机制探索：揭示了超声刺激可能通过增强功能连接和轴突重塑双重途径发挥作用。
应用前景
- 临床转化潜力：TPS的安全性和深部刺激特性为治疗神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）提供了新工具。
- 技术优势：相比tFUS，TPS避免了组织热损伤风险，且已获临床认证。
研究亮点
- 创新方法：首次将MRI导航与超短脉冲超声结合，实现高精度、可重复的脑刺激。
- 多模态证据：通过功能连接、白质微结构和行为学多维度验证TPS效应。
- 严格对照：双盲交叉设计有效排除安慰剂效应，增强结果可靠性。
其他重要内容
- 安全性：未发现组织损伤或严重副作用，仅少数受试者报告轻微头皮不适。
- 局限性：样本量较小，行为学效应需更大规模研究验证。未来可探索不同靶区和疾病模型的应用。
本研究为超声神经调控的临床转化奠定了重要基础，其方法论和结论对神经科学与康复医学领域具有广泛启示。