微型光学贝塞尔光束超声：实现全脑无创刺激

本文报道了一种名为‘光学生成贝塞尔光束超声’（OBUS）的新型非侵入式脑刺激技术。当前脑科学研究面临一个关键挑战：如何在不损伤健康组织的前提下，精准激活大脑中形状细长、位置深藏的特定亚区（例如人类视觉皮层中跨度2–3毫米、宽度仅约0.86毫米的‘眼优势柱’）。现有技术各有局限：深部脑电刺激（DBS）需开颅手术；光遗传学虽精准但依赖病毒注射、耗时数月且光穿透力弱；经颅磁/电刺激空间分辨率太差；而常规聚焦超声虽能穿颅，却难以兼顾设备小型化与刺激体积的精确控制（即‘体积靶向’）。OBUS创新性地结合了两项关键技术：一是采用贝塞尔光束（一种特殊声场，呈细长柱状，具有‘自修复’能力，可绕过小血管等障碍）替代传统高斯声束，实现对柱状脑区的匹配性刺激；二是利用激光照射纳米碳颗粒-硅胶复合材料（PDMS+烛烟），直接产生超声波，从而大幅缩小设备尺寸。最终研制出直径仅2.33毫米、重量仅2.1毫克的微型探头。实验证明：该设备在小鼠脑内可稳定产生横向分辨率达152微米、轴向（深度方向）分辨率达1.93毫米的细长声场；穿透颅骨后，其能量仍能高度集中于目标区域（穿颅效率达18.7%，优于传统超声70%）；免疫荧光染色证实它能在2.1毫米深度有效激活神经元；电生理记录和功能性磁共振成像（fMRI）进一步验证了它能可靠诱发局部脑电活动和血氧响应。安全性评估显示，其机械损伤风险（机械指数MI=0.93）和温升（约2.8℃）均处于国际公认的安全范围内。综上，OBUS是一种兼具高精度、深穿透、无创性、微型化和良好安全性的新一代神经调控工具，有望加速基础脑科学探索，并为未来帕金森病、抑郁症等脑疾病治疗提供新路径。