脑机接口（BCI）可以令使用者通过意念操作设备，然而非侵入式BCI通常表现出较高的错误率。经颅聚焦超声（tFUS）是一种新兴的非侵入式神经调节技术，具有很高的时空分辨率，一项研究发现以V5为靶点的tFUS可以显著减少BCI拼写任务中的错误，并探索其潜在工作机制，相关研究成果发表在《Nature Communications》期刊上。

脑机接口（BCI）可以使用侵入式植入阵列或非侵入式技术读取脑信号来执行任务。侵入式BCI已证明能够控制机械臂 、解码语音和解释笔迹， 然而植入阵列需要进行脑部手术，限制其适用性。非侵入式BCI已证明能够控制机械臂、操作轮椅 或在虚拟键盘上打字，然而即使有了最近的创新，非侵入式BCI的在线准确率仍然仅约为70%至80%。

传统的非侵入性神经调节设备，如经颅电刺激和经颅磁刺激，空间特异性有限，通常为厘米级，这可能会无意中调节非目标大脑区域，因此其通常被限制应用在 BCI 会话之前或之间进行，以促进皮质学习，而不是在会话期间。经颅聚焦超声（tFUS）已证明横向精度达到毫米级，先前的研究表明它能够在刺激会话期间调节皮质回路，甚至可以被用于脑脑接口，其中一个受试者的大脑通过 EEG 读取信息，并在另一个受试者中引发相应的 tFUS 诱发感知，然而到目前为止，tFUS还没有被用来调节直接控制 BCI 的大脑信号。 

本研究探讨了tFUS增强人BCI的潜力，探索了tFUS是否可通过在mVEP BCI拼写任务期间调节V5来增强BCI控制，并通过神经数据分析，以探究参与执行此BCI任务的可能神经机制。

tFUS与mVEP拼写器实验范式

受试者在屏幕上看到一个六乘六的虚拟键盘，他们被指示盯着他们想要输入的特定键，键盘的每一行和每一列都在向右闪烁，一个扫描时期由每行和每列闪烁一次的线条组成。根据受试者的不同，tFUS在每个扫描时期内脉冲1、2或4次，第一次超声刺激在视觉刺激开始前 100 毫秒开始，额外的刺激在剩余持续时间内等距分布。相同的受试者以主要随机顺序在四种条件下进行测试：非调制（无tFUS）、解耦-假tFUS（有tFUS但解耦）、tFUS-GP（tFUS靶向位于距离1厘米以上的对照脑位置）和tFUS-GC（V5靶向tFUS）。

V5靶向tFUS显著降低mVEP BCI拼写错误

研究结果显示，tFUS显著改善了运mVEP BCI拼写器的性能。具体来说，tFUS-GC条件下，mVEP BCI拼写器的欧几里得误差显著降低。这种条件下的试验平均误差为13.3%，中位误差为0.0%，相比于非调制条件下的15.5%平均误差和11.8%中位误差有显著改善。统计分析采用线性混合效应模型，使用单尾ANOVA和单尾z检验，Bonferroni校正后结果显著（p<0.001）。解耦-假tFUS、非调制和tFUS-GP条件之间无显著差异（p>0.05）。

N200调制与频段功率变化

对顶叶上叶（SP）和颞下回（IT）进行N200 θ功率分析，分别对应背侧和腹侧视觉加工通路。在所有频带中，只有tFUS-GC条件的SP与其他条件相比有显著差异，与其他条件相比，其θ和α N200功率显著增强，这说明tFUS-GC放大在背侧通路的θ和α N200功率继续向下游传递。在检查腹侧通路（IT）时，在tFUS-GP条件下，θ、β和γ频率的功率相较于其他条件显著下降，此外，与未调制条件相比，tFUS-GP的α功率显著下调。

tFUS-GC保持背侧通路连接并削弱腹侧通路

在θ和α频率范围内，使用绝对Pearson相关系数(r)对所有四种情况的皮质连接进行量化。结果表明，在θ波段与未调制条件相比，在α波段与未调制条件和tFUS-GP条件相比，tFUS-GC和解耦-假tFUS条件下V5-IT的相关性显著降低（p<0.05）。在α频率范围内，不同条件下背侧通路连接无显著差异（p>0.05），这表明，在α波段的超声神经调节没有显著改变背侧通路。然而在θ范围内，与其他三种情况相比，解耦-假tFUS条件显著削弱了背侧通路，这表明潜在可听声音可能会减少视觉运动注意，从而减弱大脑中视觉处理的背侧和腹侧连接。

在这项研究中，研究团队使用了一种新兴的非侵入性神经调节技术——经颅聚焦超声（tFUS），其高时空精度为BCI的发展带来了新的希望。通过将tFUS应用于视觉运动区域V5，研究人员成功地减少了BCI拼写任务中的错误率。这一发现不仅验证了tFUS在改进BCI性能方面的潜力，还揭示了其调节大脑特定区域功能的机制。