PhoCUS穿戴式动物经颅聚焦超声刺激仪
PhoCUS
传统的非侵入性刺激技术，如经颅磁刺激（TMS）和经颅电刺激（tES），极大地增进了我们对皮层兴奋性的理解，但这两种技术仍受限于空间分辨率和穿透深度。聚焦超声克服了这些限制，能够以毫米级的精度靶向深部脑结构，同时保持完全非侵入性的方式。
PhoCUS平台的开发旨在提供一种直接的方法，用于测量经颅聚焦超声如何影响不同类型的神经元。它将用于光学记录的光纤光度测定与精确定时的超声发射相结合，从而能够同时观察神经活动和超声刺激。这种方法使得量化细胞类型特异性反应以及实时检查刺激参数如何影响网络水平活动成为可能。
使用 PhoCuS 系统可以研究什么？
超声神经调控的机制通路。
细胞类型选择性和波形参数优化。
病理性网络活动（如癫痫）的非侵入性调控。
将经颅超声与光遗传学、脑电图、功能磁共振成像和行为测定等互补技术相整合。
除了直接神经刺激外，PhoCUS 系统还可适用于广泛的聚焦超声应用，包括：
利用微泡打开血脑屏障，以实现抗体等大分子的靶向递送。
神经退行性疾病模型中的代谢物和斑块清除。
致敏神经元的声遗传学激活。
局部药物释放（例如，异丙酚或封装治疗剂）。
通过释放血浆结合蛋白或声流等机制增强药物摄取。
系统组件
每个 PhoCuS 套件均包含复制和扩展发表在《美国国家科学院院刊》（2022）上的研究成果所需的全部硬件和软件：
压电环式换能器
该系统包含一个工作共振频率为 625 kHz 的压电环式换能器。该换能器与标准光纤套管兼容，并提供可调节的背腹侧焦点，便于在实验过程中微调特定脑区的靶向。
信号发生器和射频功率放大器
PhoCUS 信号发生器提供广泛的可配置参数，以支持先进的超声波形控制。研究人员可以修改脉冲宽度和占空比，以微调每个刺激脉冲的能量和时间特性。该发生器支持线性和 Tukey 脉冲斜坡，提供平滑的起始和结束过渡，从而**限度地减少机械伪影并提高可重复性。
其他配置选项包括脉冲重复间隔和频率（决定了刺激的节律），以及脉冲串持续时间和多序列排序，从而能够设计复杂的、重复的刺激范式。这种控制水平允许根据实验需求进行精确调整，无论是用于短时、靶向激活还是长时间刺激研究。
定制 GUI 软件
完善该系统的是定制 GUI 软件，它提供了一个直观的用户界面，用于波形设计、随机化以及与外部成像或行为系统的同步。该软件可无缝集成到现有的实验装置中，确保与光度测定设备、钙成像平台或电生理系统等工具的有效协同。
系统亮点
用于实验设计和执行的集成软件，与商业光度测定系统兼容。
内置函数发生器，具有先进的波形设计能力。
换能器产热低，适用于长时间的刺激范式。
柔性硅胶手术工具，支持精确稳定的换能器安装。
附加功能
该系统还支持用于脉冲串的触发输出和用于同步刺激的触发输入，确保与外部记录系统和行为测定的兼容性。这些功能实现了刺激事件与数据采集之间的精确时间协调，从而增强了实验结果的可重复性和可解释性。
电压数据可通过 Python 集成直接获取和分析，从而能够使用广泛采用的科学计算库进行自动化数据处理、实时监测和事后分析。
产品特点
参考文献
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