用溫度控制腦部活動，磁熱刺激技術可用于治療精神疾病

磁熱刺激與光遺傳學技術相比，它的侵入性較小。

近日，布法羅大學Arnd Pralle研究團隊在《Elife》雜志上公布了研究成果，表示利用磁熱刺激技術可直接控制小鼠的身體運動。論文中還表示，最終可以利用該技術治療人類的腦部疾病或精神疾病。

十年以來，Pralle一直致力于推進磁熱刺激技術。此前，他已經利用實驗證明了該技術在培養皿中激活神經元的作用，以控制線蟲的行為。

在此次小鼠實驗中，Pralle團隊成功激活了小鼠的三塊不同大腦區域，以誘發特定的運動功能。據悉，研究人員在研究中使用的顆粒材料包括由錳鐵氧體殼包圍的鈷鐵氧體磁芯。

實驗發現，刺激運動皮質細胞可使動物直行；運動過程中同時刺激紋狀體中的細胞將導致動物轉身；當科學家激活了更深的大腦區域時，小鼠就僵住了，無法移動他們的四肢。

導致這些行為是由于磁熱刺激，該技術讓研究人員能夠使用加熱的磁性納米顆粒來激活腦內的個體神經元。接下來我們就具體了解一下它的工作原理：

首先，科學家利用基因工程來把一個特殊DNA鏈引入到目標神經元，從而導致細胞產生一個熱激活的離子通道。然后，研究人員將特制的磁性納米顆粒注入到大腦的同一區域，這些納米顆粒沾附在目標神經元的表面上，形成像洋蔥皮一樣的薄覆蓋層。

當將交變磁場施加到大腦時，磁場將會使納米顆粒的磁化快速翻轉，以產生加熱靶細胞的熱量。熱量迫使對溫度敏感的離子通道打開，以實現對神經元的刺激。

目前已存在的磁脈沖技術，主要用于有目的地觸發大腦活動，以治療偏頭痛并改善記憶力。一種稱為經顱磁刺激的技術是利用磁性線圈放置在顱骨上以觸發特定的大腦活動；另一種稱為光遺傳學的技術，它是利用光脈沖與神經元的相互作用來實現對神經元的刺激與調控，其中涉及的神經元是經過基因工程改造的，對光有所感應。

不同于已存在的這些技術，該研究團隊采用的磁鐵誘導熱量來激活特定的神經元的技術具有多項優點。

對此，研究員Arnd Pralle表示：“使用我們的方法，可以針對一小部分細胞進行操作，操作精度可以達到100微米，大約是人頭發的寬度。”

此外，Pralle還表示，在刺激方式上，磁熱刺激比其他深層腦刺激方法要好。以光遺傳學技術為例，它是使用光而不是磁力或熱來激活細胞的，故而通常需要在大腦中植入微小的光纖電纜。而磁熱刺激則是遠程完成的，與光遺傳學技術相比，它的侵入性較小。實驗表明，即使在小鼠的大腦被刺激了幾次之后，目標神經元也沒有顯示出損傷的跡象。

據了解，Pralle正在與馬薩諸塞理工學院研究員Polina Anikeeva博士和哈佛醫學院開展此項目。研究團隊表示，下一步將使用磁熱刺激來同時操控小鼠大腦的多個區域。

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