类型a：学术研究报告
一、研究团队与发表信息
本研究由多国团队合作完成，通讯作者为Ghazaleh Darmani（University Health Network, Toronto）和Robert Chen（University of Toronto），其他作者来自加拿大多伦多大学、约克大学、北京师范大学（珠海校区）及美国卡尔加里大学等机构。研究成果发表于*Nature Communications*（2025年，卷16，文章编号2693），标题为《Individualized non-invasive deep brain stimulation of the basal ganglia using transcranial ultrasound stimulation》。
二、学术背景与研究目标
1. 科学领域：研究属于神经调控与运动障碍治疗领域，聚焦于非侵入性经颅超声刺激（transcranial ultrasound stimulation, TUS）对基底节（basal ganglia）的靶向调控。
2. 研究动机：传统非侵入性神经调控技术（如经颅磁刺激TMS和经颅直流电刺激tDCS）难以精准作用于深部脑区（如基底节），而TUS因其高穿透性和空间精度有望填补这一空白。
3. 背景知识：动物实验已证实TUS可调节皮层和深部脑区神经活动，但其对人类深部脑区的直接电生理证据尚缺，且TUS与深部脑刺激（DBS）的协同潜力未明。
4. 研究目标：
- 验证TUS对基底节（尤其是苍白球内侧部GPi）的靶向性与特异性；
- 探究TUS对运动障碍患者（帕金森病PD和肌张力障碍）GPi局部场电位（local field potentials, LFPs）的调控效应；
- 评估健康受试者中GPi-TUS对行为（反应抑制）的因果影响。
三、研究流程与方法
研究分为两个独立实验：
实验I：TUS对GPi神经活动的调控（10例患者）
1. 对象：9例PD患者和1例肌张力障碍患者，均植入双侧GPi-DBS电极（Medtronic Percept设备）。
2. 流程：
- 个性化超声建模：通过MRI获取个体颅骨结构数据，使用开源软件BabelBrain模拟声压分布和热效应，确保安全性（温度上升<0.63°C，机械指数MI≤0.67）。
- 刺激协议：
- θ爆发式TUS（TBTUS）：20ms脉冲，200ms间隔，120秒总时长，空间峰值脉冲平均强度（ISPPA）30W/cm²（水中测量）；
- 10Hz TUS：30ms脉冲，100ms间隔，40秒总时长，相同ISPPA；
- 假刺激对照：包括主动（靶向枕叶皮层）和被动（零强度）。
- 电生理记录：无线记录GPi-LFPs（采样率250Hz），分析刺激前后（0/10/25/40分钟）的频谱功率变化（θ/α/β频段）。
3. 数据分析：
- 使用FieldTrip工具箱（MATLAB）预处理LFP数据，剔除伪迹后计算功率谱密度（PSD）；
- 统计方法：Wilcoxon符号秩检验（组内）、Mann-Whitney U检验（组间），Benjamini-Hochberg校正多重比较。
实验II：TUS对行为的影响（15例健康受试者）
1. 对象：健康成年人（18-35岁），无神经疾病史。
2. 任务设计：停止信号任务（stop-signal task），评估反应抑制能力。
3. 刺激靶点：GPi（实验组）与丘脑枕核（pulvinar，对照组），双侧TBTUS刺激。
4. 行为分析：计算停止信号反应时（SSRT），比较刺激前后差异。
四、主要结果
1. 实验I：神经调控效应
- 靶向性验证：TBTUS显著增加GPi的θ频段功率（较假刺激+7.6%，p=0.009），10Hz TUS增强β功率（+13%，p<0.001），效应持续40分钟（图3-5）。
- 多巴胺依赖性：左旋多巴等效剂量（LEDD）与TBTUS诱导的功率变化呈正相关（r=0.68，p=0.001），提示TUS效果受多巴胺能状态调节（图6）。
- 亚组差异：强直-少动型PD患者的θ/α功率增幅高于震颤主导型（p=0.04）。
五、结论与价值
1. 科学意义：首次提供TUS直接调控人类深部脑区电生理的证据，揭示参数（频率、剂量）与神经响应模式的关联性。
2. 应用潜力：
- 为PD等运动障碍提供非侵入性DBS替代方案；
- 个性化TUS参数（如针对强直-少动型PD优选θ频率）可能优化疗效。
六、研究亮点
1. 技术创新：
- 结合DBS电极记录与TUS，实现深部脑区精准调控与实时监测；
- 开发个性化声学模型（BabelBrain）确保安全性与靶向性。
2. 发现新颖性：
- 揭示TUS诱导的神经可塑性具有频段特异性和多巴胺依赖性；
- 首次证明GPi-TUS可行为学水平调控反应抑制。
七、其他价值
研究为TUS的临床转化奠定基础，未来可扩展至其他DBS适应症（如癫痫、精神疾病），并推动深部脑区功能机制的因果探索。