经颅聚焦超声是一种利用高频声波刺激大脑特定区域的非侵入性技术，可能是治疗许多神经系统疾病的一种有前途的治疗策略。最值得注意的是，它可以帮助治疗耐药性癫痫和其他与复发性震颤相关的疾病。

成均馆大学 (SKKU)、基础科学研究所 (IBS) 和韩国科学技术研究院的研究人员最近开发了一种新型传感器，可用于对患者进行经颅聚焦超声检查。该传感器在论文中介绍过发表在自然电子学，适应其形状，可以紧密附着在皮质表面，允许用户记录神经信号并通过低强度超声波刺激特定的大脑区域。

“之前对接触大脑表面的大脑传感器的研究很难准确测量大脑信号由于无法紧密贴合大脑复杂的褶皱，”该研究的指导作者 Donghee Son 告诉 Tech Xplore。

“这种限制使得精确分析整个大脑表面并准确诊断大脑病变变得困难。先前开发的大脑传感器John A. Rogers 教授和 Dae-Hyeong Kim 教授的论文在一定程度上解决了这个问题，因为它的形状极薄，但在严重弯曲的区域实现紧密粘附仍然面临挑战。”

罗杰斯教授和金教授先前开发的传感器被发现可以收集大脑表面更精确的测量结果。尽管前景广阔，但该传感器存在各种局限性，例如无法粘附到曲率较大的大脑表面，以及由于大脑中的微运动和物质的流动而容易从其原始附着点滑落。脑脊液（CSF）。

这些观察到的挑战限制了其在医疗环境中的潜在用途，因为它们降低了其长时间持续测量目标区域大脑信号的能力。作为研究的一部分，孙正义和他的同事着手开发一种新的传感器，可以克服这些限制，很好地粘附在弯曲的大脑表面上，从而能够在较长时间内可靠地收集测量结果。

孙说：“我们开发的新传感器可以紧密贴合高度弯曲的大脑区域，并牢固地粘附在脑组织上。”“这种强大的粘附力可以对目标区域的大脑信号进行长期、精确的测量。”

Son 和他的同事开发的传感器被称为 ECoG，可以牢固地粘附在脑组织上，不会形成任何空隙。这可以显着降低外部机械运动产生的噪音。

Son 说：“这一特性对于提高低强度聚焦超声 (LIFU) 癫痫治疗的有效性特别重要。”“众所周知，超声波可以帮助最大限度地减少癫痫活动，但患者病情的可变性和个体之间的差异给针对每位患者量身定制治疗方案提出了重大挑战。”

近年来，许多研究小组一直在尝试设计针对癫痫和其他神经系统疾病的个性化超声刺激治疗方法。然而，为了根据个体患者的需求制定治疗方案，他们应该能够在刺激特定大脑区域的同时实时测量患者的脑电波。

孙说：“传统的大脑表面附着传感器很难解决这个问题，因为超声波引起的振动会产生显着的噪音，从而难以实时监测脑电波。”

“这种限制是制定个性化治疗策略的主要障碍。我们的传感器大大降低了噪音，从而能够通过个性化超声刺激成功治疗癫痫。”

孙正义和他的同事开发的形状变形和皮质粘附的大脑传感器包括三个主要层。其中包括可以通过物理和化学方式与组织结合的水凝胶层、可以改变其形状以匹配其下方表面形状的自修复聚合物层，以及含有金电极和电极的可拉伸超薄层。互连。

“当传感器应用到脑表面，水凝胶层经​​历凝胶化过程，启动对脑组织的即时、牢固的附着，”Son 解释道。

“随后，自愈聚合物基底开始变形，符合大脑的曲率，随着时间的推移增加传感器和组织之间的接触面积。一旦传感器完全粘附到大脑的轮廓上，它就准备好操作。”

该研究团队开发的传感器与近年来推出的其他脑传感器相比具有多个优势。首先，它可以牢固地附着在脑组织上，同时也可以调整其形状以紧密贴合脑表面，无论其曲率水平如何。

通过适应曲面的形状，传感器最大限度地减少了外部超声波模拟产生的振动。这可以让医生在正常条件下和超声模拟过程中精确测量患者大脑中的电波。

孙正义说：“我们预计这项技术不仅适用于癫痫治疗，还可用于诊断和治疗各种脑部疾病。”“我们工作中最关键的方面是组织粘附技术的结合，使传感器能够牢固地粘附在组织表面脑组织以及形状变形技术，使其能够符合大脑的轮廓而不产生空隙。”

到目前为止，孙正义和他的同事开发的新传感器已经在活体和清醒的啮齿动物身上进行了测试。收集到的研究结果非常有希望，因为研究小组能够精确测量动物的脑电波并控制癫痫发作。

研究人员最终计划扩展传感器，在他们的设计基础上创建高密度阵列。经过之后临床试验，这种升级的传感器可以诊断和治疗癫痫或其他神经系统疾病，同时可能为更有效的假肢技术铺平道路。

Son 补充道：“我们的大脑传感器目前配备了 16 个电极通道，这在高分辨率大脑信号映射方面存在需要改进的领域。”

“考虑到这一点，我们计划大幅增加电极数量，以实现更详细和高分辨率的大脑信号分析。此外，我们的目标是开发一种微创方法，将大脑传感器植入大脑表面，最终目标是将其应用于临床研究。”

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