《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Effects of low-intensity transcranial ultrasound stimulation on cortical functional network connections and epileptic seizures in a mouse model of epilepsy
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本研究针对癫痫皮层功能网络的调控机制与治疗手段开发这一关键问题，探讨了低强度经颅超声刺激（TUS）在清醒癫痫模型小鼠中的干预效果。研究人员发现，TUS能有效降低全脑皮层功率、减弱功能连接强度并加速发作状态向正常状态转换，从而抑制癫痫发作。这为癫痫等脑功能疾病的非侵入性神经调控治疗提供了重要的实验依据。
癫痫作为一种常见的神经系统疾病，其特征是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的功能障碍。尽管有多种抗癫痫药物和手术方法，但部分患者仍面临治疗无效或副作用显著的困境。因此，探索新型、精准、非侵入性的神经调控技术，以干预癫痫发作的神经网络基础，成为神经科学领域亟待突破的方向。近年来，低强度经颅超声刺激（TUS）以其非侵入性、高穿透深度和高空间分辨率等独特优势，崭露头角，被认为具有精准调控大脑功能网络的巨大潜力。然而，这种技术如何在清醒、自由活动的癫痫动物模型中发挥作用，特别是它如何影响大脑皮层复杂的网络连接，并最终抑制癫痫发作，其中的具体机制仍如迷雾笼罩，有待拨开。为了回答这些问题，一支研究团队以癫痫小鼠模型为对象，深入探究了TUS对皮层功能网络连接及癫痫发作的调控效应，其研究成果发表在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》期刊上。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：首先，建立了合适的癫痫小鼠模型。其次，对清醒状态下的模型小鼠施加低强度经颅超声刺激（TUS）干预。研究过程中，通过记录和分析脑电图（EEG）信号，评估了全脑皮层的振荡功率变化。进一步地，利用相位滞后指数（Phase Lag Index, PLI）这一指标，量化分析了不同脑区之间的功能连接强度。此外，还构建并分析了大脑皮层功能网络，评估了其连接强度的变化。最后，通过分析癫痫发作状态的动力学特征，探究了TUS对发作状态转换过程的影响。
研究结果
TUS降低了全脑皮层的振荡功率
研究人员观察到，在施加低强度经颅超声刺激（TUS）后，癫痫模型小鼠全脑皮层的脑电振荡功率出现了显著下降。这一结果表明，TUS能够有效调节大脑皮层的整体兴奋性活动水平。
TUS减弱了全脑皮层的功能连接强度
通过计算相位滞后指数（PLI）来分析不同脑区之间的功能同步性，研究发现TUS干预显著降低了全脑皮层范围内的功能连接强度。这提示TUS可能通过干扰异常增强的神经同步活动，从而破坏维持癫痫发作的神经网络基础。
TUS降低了皮层功能网络的连接强度
基于功能连接数据构建的大脑皮层网络分析显示，TUS处理后，网络的整体连接强度减弱。这表明TUS不仅影响两两脑区之间的连接，更对整个皮层网络的拓扑结构和信息整合能力产生了全局性的调制作用。
TUS加速了从癫痫发作状态向正常状态的转换过程
对癫痫发作的动态过程进行分析后发现，经TUS处理的小鼠，其从癫痫发作状态转换回正常状态所需的时间显著缩短。这意味着TUS不仅抑制了发作的强度，还可能促进了大脑从病理状态向生理稳态的恢复过程。
结论与讨论
综上所述，本研究的系列发现一致表明，低强度经颅超声刺激（TUS）能够有效调控癫痫模型小鼠的皮层功能网络。具体而言，TUS通过降低全脑皮层的振荡功率、减弱基于相位滞后指数（PLI）的功能连接强度、降低皮层网络的整体连接强度，并加速癫痫发作状态向正常状态的转换，最终实现了对癫痫发作的抑制。这些结果揭示了TUS作为一种非侵入性神经调控技术，其作用机制可能与调节皮层网络的兴奋-抑制平衡、打断异常同步化的神经网络有关。该研究不仅深化了我们对TUS神经调控机制的理解，更重要的是，为开发基于TUS的、针对癫痫等脑网络功能障碍疾病的创新治疗策略提供了坚实的临床前实验证据。未来，进一步优化TUS的参数（如频率、强度、刺激靶点），并探究其长期效应与安全性，将推动这项技术向临床应用迈进。
