麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种方法，利用外部磁场和注入的磁性纳米颗粒刺激脑组织——这项技术可直接刺激神经元，有望有效治疗多种神经系统疾病，且无需植入物或外部连接。
这项研究由材料科学与工程学助理教授波利娜·阿尼凯耶娃（Polina Anikeeva）、研究生里奇·陈（Ritchie Chen）及另外三人开展，已发表于《科学》（Science）期刊。
此前，利用电脉冲刺激大脑的尝试已被证明能够有效减轻或消除帕金森病相关震颤，但这种治疗仍属最后手段，因为它需要植入侵入性很强的导线，并将导线连接到大脑外部的电源。
阿尼凯耶娃说：“未来，我们的技术或许能提供一种无需植入物的脑刺激与脑部绘图方法。”
在这项研究中，研究团队向大脑注入了直径仅为22纳米的磁性氧化铁颗粒。当暴露于外部交变磁场时——这种磁场能够深入生物组织——这些颗粒会迅速升温。
由此产生的局部温度升高，随后可通过触发对热敏感的辣椒素受体来激活神经元——这些受体蛋白正是人体用来感知真实热量以及辛辣食物所带来“热感”的同类蛋白。（辣椒素是赋予辣椒灼热口感的化学物质。）阿尼凯耶娃的团队利用病毒基因递送，使大脑中特定神经元产生热敏感性。
除受热时外，这些颗粒几乎不会与生物组织发生相互作用，因此往往会留在放置的位置，从而能够长期治疗，无需再进行侵入性操作。
阿尼凯耶娃说：“纳米颗粒会融入组织，并基本保持完整。随后，只要从外部施加交变磁场，就可以按需刺激该区域。我们的目标是弄清楚，能否以无线且非侵入性的方式向神经系统传递刺激。”
这项新研究证明了这一方法具有可行性，但要将这一概念验证转化为可用于脑科学研究或临床治疗的实用方法，还有大量工作要做。
利用磁场和注入颗粒一直是癌症研究的活跃领域；研究者认为，这种方法可以通过加热来摧毁癌细胞。阿尼凯耶娃说：“这项新技术部分源自那项研究。通过校准施加的热剂量，我们可以激活神经元而不杀死它们。磁性纳米颗粒也已作为MRI扫描的造影剂使用数十年，因此被认为在人体内相对安全。”
研究团队开发了制备颗粒的方法，可以精确控制其尺寸和形状，以最大限度地增强颗粒与所施加交变磁场的相互作用。 他们还开发了用于施加磁场的装置：现有的癌症治疗设备旨在产生强得多的热量，对这一用途而言体积过大且能效过低。
阿尼凯耶娃说，要使这项技术成为可供临床使用的实用技术，下一步“是通过神经记录和行为实验更好地了解我们的方法如何发挥作用，并评估受影响区域的组织是否会出现其他副作用”。
斯坦福大学化学系助理教授、未参与这项研究的崔炳晓（Bianxiao Cui）说，这是一种“用于深部脑刺激的全新方法”。“这项新方法意义重大，因为与电极植入相比，它更容易实施，引发的脑组织反应也更少。更重要的是，这种刺激可以远程控制，这是深部脑刺激一项极具吸引力的特点。”
本文 由MIT News合作发布。发布本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：David L. Chandler 为 MIT News 撰稿。
图片：在 Wellcome Collection 的一场展览中，可以看到展示大脑不同部位的头部颅相学石膏模型。路透社/Chris Helgren
