鑽石舞台

超聲技術在醫學上的應用非常廣泛，例如低強度的超聲波可以用於診斷，高強度波用於擊破組織和結石等。近年來，科學家又為超聲技術賦予了更酷的潛在應用，即用於神經調控。傳統超聲神經調控是利用超聲換能器將超聲波聚焦到腦局部組織以達到特異性作用。然而，由於超聲波在組織中傳導的不均勻性，顱骨內形成的駐波會對周邊組織產生副作用，嚴重的情況會導致腦組織出血和過熱。我們很難對腦部結構進行調整令其適應這種調控，那麼從改變超聲設備的工作方式上做文章或許是另一條可行之路。

對力/超聲敏感的膜蛋白，如TRP-4、hsTRPA1等的發現使得對傳統超聲工作模式的改變成為可能，同時引發出了一種新興的聲遺傳學技術， 即利用超聲波來刺激特定的基因標記細胞群的技術。聲遺傳學技術可以通過工程化目標細胞表面，確保目標神經迴路是唯一會對超聲刺激做出反應的神經迴路，從而消除了對聚焦超聲的需求。那麼接下來，如何調整超聲換能器的工作模式呢？

受到廣泛應用於音樂廳的施羅德擴散器的啟發，近日，來自美國加利福尼亞大學聖地亞哥校區的James Friend團隊在Advanced NanoBiomed Research上發表了研究文章，報道了一種微型的加入擴散器的超聲換能器。擴散器的引入將超聲信號的傳輸由聚焦模式調整為擴散模式，實現了均一的信號輸出。實驗和分析表明，在換能器中添加擴散器會導致hsTRPA1轉染的人胚胎腎細胞（HEK293）的超聲響應性增加兩倍。

此外，研究人員還測試了擴散超聲作用於小鼠初級皮層神經元的效果。結果顯示，裝有擴散器的超聲換能器在實驗組和對照組都引發了鈣攝取的增加。與對照相比，hsTRPA1神經元修飾表達的神經元細胞顯示出更顯著的活化效果。小鼠腦組織的離體實驗證實，擴散器的引入確實能在組織中產生均勻的超聲波分布。

「聲遺傳學的目標之一是控制哪些細胞做出反應：把它想象成一個旋鈕，可以控制你可以精確控制的燈光，」作者提到，「最終，我們想證明聲遺傳學在人體身上起作用。」