低强度经颅超声刺激（TUS）是一种新兴的非侵入性神经调控技术，具备高空间分辨率和较强的组织穿透力，能够精准作用于大脑深部结构，这是传统方法如经颅磁刺激（TMS）和经颅直流电刺激（tDCS）难以实现的。相比需要手术植入电极的脑深部电刺激（DBS），TUS有望成为一种更安全、便捷的替代或补充，用于控制多种神经与精神疾病相关症状。

尽管动物模型中已有大量研究表明，TUS能够有效调节皮层及深部脑区的神经活动，并在帕金森病和癫痫等疾病模型中显示出治疗潜力，但在人类深部脑区，特别是基底神经节等区域，其真实的神经效应仍缺乏直接的电生理学证据。此外，由于人与动物在颅骨结构、声学特性等方面存在显著差异，动物研究结果尚难直接转化为临床应用。

在此背景下，来自加拿大多伦多大学的研究团队，运用TUS技术，对基底神经节进行无创性深部脑刺激研究，为未来神经精神疾病治疗中的相关应用提供了科学依据。该研究成果于2025年3月19日以“使用经颅超声刺激对基底神经节进行个性化非侵入性深部脑刺激”（doi：10.1038/s41467-025-57883-7）为题发表在《Nature Communications》（IF：15.7/Q1）。

研究包括两项独立但互补的实验。实验Ⅰ分为三个阶段，第一阶段首先获取MRI图像以进行个性化的超声模拟。随后的两个环节间隔至少一周，分别用于实施TUS刺激并记录电生理数据。研究选取了10名运动障碍患者（9例帕金森病，1例肌张力障碍），他们均植入了可记录局部场电位（LFP）的DBS电极。通过个性化声学仿真与神经导航，研究人员分别采用theta burst TUS（tbTUS）与10Hz TUS两种不同刺激方案，在苍白球内侧（GPi）进行经颅超声刺激，同时实时记录LFP变化，以比较真实TUS、主动假刺激和被动假刺激条件下的神经反应差异。实验Ⅱ则聚焦行为学效应，招募了15名健康成年人，分别对GPi与丘脑枕核（pulvinar）进行TUS，采用停止信号任务（stop-signal task）评价TUS对反应抑制行为的影响。

实验Ⅰ示意图

实验Ⅱ示意图

实验Ⅰ的结果显示，TUS能够显著改变GPi区的LFP功率谱。具体而言，tbTUS主要在θ波段（4-7Hz）产生显著增强，10Hz TUS则主要在β波段（13-30Hz）引起持续性功率提升，且这种效应可持续至少40分钟。两种TUS方案在效应时间窗与频段特异性方面表现出显著差异，提示不同声刺激参数可诱发不同类型的神经调控效应。与主动假刺激和被动假刺激相比，只有真实TUS产生了显著神经反应，进一步确认了GPi区域的特异性靶向效应。此外，TUS效应强度与患者左旋多巴等效剂量（LEDD）呈正相关，说明个体的多巴胺状态可能调节TUS诱发的神经可塑性反应。不同帕金森病亚型（运动迟缓-僵直型与震颤型）在LFP变化上也存在差异，表明患者临床表型可能影响TUS神经效应模式。

实验Ⅱ进一步证实了TUS对行为的调节作用。在健康人群中，对GPi区域的tbTUS显著延长了停止信号反应时间（SSRT），反映出个体的抑制控制能力受损，而对丘脑枕核的TUS则未见此效应。同时，TUS对基础运动反应速度无影响，表明效应主要针对反应抑制过程，且具有部位特异性。通过对比两靶点在SSRT变化上的差异，进一步支持了TUS的空间靶向精确性。

该研究的同行评审表示，“在本研究中，Darmani等人探讨了将经颅超声刺激（TUS）用于靶向基底神经节，作为非侵入性深部脑刺激的潜力。该研究推动了我们对TUS作为潜在研究工具与治疗手段的理解。”