《Brain Stimulation》：Unilateral online ultrasound stimulation of early visual cortex suppresses responses to contralateral visual stimuli
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本研究针对经颅超声刺激（TUS）在线神经调控效应难以与外周感觉混淆因素区分的关键难题，通过结合半视野视觉刺激范式和fMRI引导的高精度TUS，首次在人类早期视觉皮层证实了TUS可特异性抑制对侧视觉诱发电位（VEP）振幅。该研究为开发闭环TUS神经调控方案奠定了方法学基础，对推动无创神经调控技术发展具有重要意义。
当我们试图用超声波无创地调节大脑活动时，一个长期存在的挑战是如何区分真正的神经调控效应和由超声波引起的听觉、体感等外周混淆效应。经颅超声刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation, TUS）作为一种新兴的非侵入性脑调控技术，能够以毫米级精度作用于深部脑区，在诱导长时程神经可塑性变化方面展现出巨大潜力。然而，关于TUS能否在刺激同时（在线）直接调节神经活动，人类研究中的证据一直难以确证。这主要是因为TUS产生的声音可能独立引发神经和行为反应，使得真正的神经调制效应与感觉混淆效应难以剥离。
为了解决这一难题，来自英国普利茅斯大学心理学学院的研究团队巧妙利用了早期视觉皮层的对侧拓扑组织特性。他们在《Brain Stimulation》上发表的研究中，设计了一项精细实验：19名健康参与者接受功能磁共振成像（fMRI）引导的TUS，刺激靶点定位于左侧早期视觉皮层。参与者需要观看呈现在左侧或右侧半视野的棋盘格图案，同时研究人员记录其视觉诱发电位（Visual Evoked Potentials, VEPs）。关键设计在于，TUS仅在50%的试次中随机施加，使得研究者能够在同一被试内比较受刺激半球与未受刺激半球、有视觉刺激与无视觉刺激条件下，半球特异性、模式锁定的VEPs差异。
研究团队采用了几项关键技术方法：首先利用个体化fMRI视觉定位数据确定左侧早期视觉皮层靶点，结合PETRA序列获取的颅骨信息进行声学仿真优化靶向；采用500 kHz中心频率的超声换能器，在视觉刺激前400 ms开始施加持续500 ms的连续波超声刺激；通过32导脑电图（EEG）系统记录VEPs，并创建虚拟电极（VPL和VPR）分析半球特异性活动；采用广义线性混合模型（GLMM）和重复测量协方差分析（ANCOVA）等统计方法评估TUS效应。
脑映射与TUS对早期视觉皮层的参与度
通过将术后经颅声学仿真与fMRI数据整合，证实超声刺激焦点与功能定义的左侧早期视觉皮层靶区重叠。靶点参与度（Target Engagement）量化为模拟声场中超过150 kPa的区域与功能定义靶区BOLD激活体素的百分比重叠。
行为结果
任务准确率高达约96%，广义线性混合模型显示条件（TUS与无刺激）和区块的主效应及交互作用均不显著，表明TUS未影响行为表现。
VEPs结果
分析发现，TUS显著降低了左侧虚拟电极（VPL）在刺激后60-100 ms时间窗内的VEP振幅，而对侧控制部位（VPR）无此效应。关键的是，通过计算（LTUS-LNoS）-（RTUS-RNoS）的交互作用，在60-120 ms时间窗内观察到显著差异，且60-100 ms的效应经过多重比较校正后依然显著。这表明TUS对早期视觉处理的调制具有半球特异性，而非源于听觉等非特异性混淆效应。此外，TUS还延迟了P1成分的50%分数峰值潜伏期。
靶点参与度分析
线性混合效应分析显示，靶点参与度与80-100 ms时间窗内VEP调制程度（（LTUS-LNoS）-（RTUS-RNoS））呈显著正相关（估计值=0.089，p=0.004），表明更精确的靶向与更强的神经调制效应相关。
研究结论与意义
该研究首次在人类早期视觉皮层提供了在线TUS诱导神经调制的明确证据，并成功将其与外周混淆效应分离。通过利用视觉系统的对侧拓扑组织，研究设计为区分真实神经效应与感觉伪影提供了稳健框架。靶点参与度与神经调制效应的正相关关系，强调了个体化fMRI引导靶向在TUS研究中的重要性。这些发现不仅证实了TUS在线调节神经活动的可行性，也为未来实时闭环神经调控方案的发展奠定了方法学基础。由于所有实验条件在同一会话中混合进行，该在线范式有效避免了脱机研究中常见的警觉度、疲劳或扫描仪漂移等混淆因素，增强了结果的可解释性。尽管技术限制使得刺激可能不仅限于V1，但研究表明，即使存在适度靶向偏差，只要刺激保持在目标半球内，仍能有效调制对侧半视野输入的处理。未来随着 transducer 头盔等稳定设备的应用，有望实现更精确的空间定位，进一步推动TUS在认知神经科学和临床神经调控中的应用。
