TUS新论文分享:低强度聚焦超声对人背前扣带回的急性疼痛感知和自主反应的抑制作用

2024-02-24 17:11
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2024年2月21日,来自美国弗吉尼亚理工Andrew Strohman等在《Journal of neuroscience》杂志(影响因子6.7/Q1)上发表了题为:Low-Intensity FocusedUltrasound to the Human Dorsal Anterior Cingulate Attenuates Acute PainPerception and Autonomic Responses (低强度聚焦超声对人背前扣带回的急性疼痛感知和自主反应的抑制作用)的文章,本研究使用低强度聚焦超声(LIFU)对人背前扣带回(dACC)进行非侵入性调节,以减轻急性疼痛感知和自主反应,结果表明LIFU对dACC的调节降低了疼痛感和改变了急性热痛刺激的自主反应。

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研究中采用美国Sonic concepts公司的H-104换能器,中心频率为0.5 MHz,孔径为64毫米,焦距从出口平面52毫米,提供低强度聚焦超声刺激,并利用Brainsight2神经影像导航系统提供精准定位。

论文原文参见 https://www.jneurosci.org/content/44/8/e1011232023或致电400-880-8790索取。

原文摘要翻译如下:

背侧前扣带回皮质(dACC)是疼痛和自主神经处理的关键脑区域,使其成为一个有前途的非侵入性治疗靶点。我们利用低强度聚焦超声(LIFU)的高空间分辨率和深焦距来非侵入性地调节dACC,以影响行为和心脏自主反应,使用瞬时热痛刺激。16名健康志愿者(6名男性/10名女性)在接受dACC或假刺激的LIFU期间接受了瞬时接触热痛。记录了连续脑电图(EEG)、心电图(ECG)和皮电反应(EDR)。结果指标包括疼痛评分、心率变异性、EDR反应、血压和接触热诱发电位(CHEP)的幅度。

相对于假刺激,LIFU将疼痛评分降低了1.09±0.20分。LIFU增加了以正常窦性心跳标准偏差(SDNN)、低频(LF)功率和低频/高频(LF/HF)比率为指标的心率变异性。对血压或EDR没有影响。LIFU导致P2 CHEP幅度减少了38.1%。结果表明,对dACC的LIFU减轻了疼痛并改变了对急性热痛刺激的自主反应。这对于理解人类疼痛和dACC中的自主神经处理的因果关系以及未来疼痛缓解和调节体内信号的潜在治疗选择具有重要意义。


利用ChatGPT总结如下,供参考:


论文简要 :

本研究使用低强度聚焦超声(LIFU)对人背前扣带回(dACC)进行非侵入性调节,以减轻急性疼痛感知和自主反应,结果表明LIFU对dACC的调节降低了疼痛感和改变了急性热痛刺激的自主反应。

背景信息:

论文背景: 背前扣带回(dACC)是疼痛和自主反应的关键脑区,对于非侵入性治疗具有潜在的疗效。

过去方案: 以往的非侵入性神经调节技术如经颅磁刺激(TMS)和经颅电刺激(TES)尝试过对dACC的调节,但效果不一致,可能是因为它们无法选择性地作用于大脑深部超过约3.5厘米的目标。

论文的Motivation: 本研究旨在探索使用低强度聚焦超声(LIFU)对dACC进行调节对急性疼痛感知、自主反应和疼痛处理信号的影响,以进一步确定dACC在疼痛和自主反应中的因果作用,并为慢性疼痛和神经心理学人群的潜在临床应用提供可能性。

方法:

a. 理论背景:

本研究旨在探究低强度聚焦超声(LIFU)对疼痛知觉和生理学的影响。实验方法包括各种测量和分析。统计分析使用Bonferroni校正的显著性水平p < 0.005。频域功率使用配对t检验在Bonferroni校正的显著性水平p < 0.005下比较Sham和LIFU条件。对于每个频率,进行非参数置换检验。使用Wilcoxon符号秩检验比较电皮肤反应,显著性水平为Bonferroni校正的p < 0.005。使用配对t检验计算和比较血压差异,每个血压指标的显著性水平为Bonferroni校正的p < 0.016。EEG分析包括评估CHEP成分和CHEP振幅与疼痛评分之间的相关性。使用k-wave MATLAB工具箱进行模拟,模拟超声波传播。LIFU定位数据分析包括计算从头皮标记到预定dACC靶点的距离和分析听觉混淆因素。还进行了实证声学测量和声学建模,以估计颅内压力值和LIFU定位。

b. 技术路线:

低强度聚焦超声(LIFU)使用特定参数进行传递,包括基频500 kHz,脉冲重复频率(PRF)1 kHz,占空比(DC)36%和总脉冲持续时间1 s。

LIFU以蒙特利尔神经学研究所(MNI)XYZ坐标(0,18,30)为目标,基于先前文献和热痛的功能磁共振成像(fMRI)特征。

使用Brainsight2神经导航系统辅助LIFU定位,超声波探头使用超声凝胶和基于头皮到靶点距离的选定厚度的圆盘与头部连接。

使用听觉掩蔽来对抗LIFU产生的可听声音,并使用听觉掩蔽问卷(AMQ)评估听觉掩蔽的有效性。

本研究为单盲设计,负责数据分析的研究人员被蒙蔽以减少偏差。

结果:

a. 详细的实验设置:

本研究在分开的三个会话中收集数据,每个会话间隔至少24小时。**个会话包括解剖计算机断层扫描(CT)和结构性磁共振成像(MRI)的影像访问。第二和第三个会话是正式测试日,参与者接受Sham或真实的LIFU刺激。使用T1加权MPRAGE序列获取MRI数据,使用特定参数收集CT扫描。在正式测试之前,参与者完成症状基线报告问卷,并连接到连续的EEG、ECG和EDR监测设备。进行疼痛阈值测试和接触热痛测试,并生成与热刺激同步的LIFU经颅超声神经调节波形。在声学测试槽中测量超声波波形的声学强度分布。实验概述如图1所示。

b. 详细的实验结果:

低强度聚焦超声(LIFU)相对于Sham降低了1.09± 0.20个疼痛评分。LIFU增加了心率变异性,包括正常窦性心跳标准差(SDNN)、低频(LF)功率和低频/高频(LF/HF)比率。对血压和EDR没有影响。LIFU导致P2 CHEP振幅减小了38.1%。这些结果表明,LIFU对dACC的刺激减轻了疼痛并改变了对急性热痛刺激的自主神经反应。

Note:

本总结源自于LLM的总结,请注意数据判别。Power by ChatPaper. End.



部分图示:

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Figure 1. 急性接触热痛测试概要。A,参与者在不同的两天完成了两个阶段:无效的Sham和低强度聚焦超声(LIFU)作用于背侧前扣带皮层(dACC)。对于每个阶段,数据采集分为三个时间窗口:5分钟基线,10分钟急性接触热测试和5分钟休息期。接触热痛测试包括向右手背部提供40个刺激(见B),随机间隔(ISI)为10-20秒。持续记录脑电图(EEG)、心电图(ECG)和皮电反应(EDR)贯穿所有时间窗口。对于两种条件,接触热测试期间持续提供听觉掩蔽。B,放大A中橙色条的细节显示接触热刺激和时间以及低强度聚焦超声(LIFU)的参数。接触热刺激持续300毫秒,并根据数字疼痛评分表调整为5/9。1秒的LIFU与接触热刺激同步,开始于接触热之前200毫秒(0毫秒),结束于接触热后800毫秒。LIFU的基频为500千赫,脉冲重复频率(PRF)为1千赫,占空比(DC)为36%,总脉冲持续时间为1秒。请参考图9,了解听觉掩蔽问卷(AMQ)的个体主题结果。请参考图10,了解LIFU和Sham条件下报告的不良事件的症状问卷报告。

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Figure 2. 换能器特性和声学建模。A,伪彩色自由水平面上的XY侧向波束压力在500千赫单元换能器的Z**值处,以千帕(kPa)为单位测量。B,伪彩色自由水平面上的YZ轴向波束压力。换能器面位于Z = 0毫米处。C,实测YZ轴向波束的半峰全宽(FWHM)叠加在声学测试水槽中(蓝色)和用于声学建模的模拟波束(红色)上。D,使用来自单个代表性受试者的MRI和CT扫描进行声学建模的结果。从左到右:冠状面显示左(L)和右(R)方向。矢状面显示后(P)和前(A)方向。横截面取自冠状和矢状视图中的白线处。


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