Nový transkraniální ultrazvukový systém, který dosahuje vysoké prostorové přesnosti při neuromodulaci hlubokého mozku, je kompatibilní se simultánním zobrazováním na funkční magnetické rezonanci (fMRI). To umožňuje sledování neuromodulačních účinků v reálném čase.
Nová technologie obsahuje převodníkové pole nakonfigurované ve speciální helmě, jenž je složeno z 256 jednotlivě ovládaných převodníků o frekvenci 555 kHz. Cílené paprsky ultrazvuku se vysílají do konkrétních částí mozku, aby se zvýšila nebo snížila nervová aktivita. Systém obsahuje také obličejovou masku z měkkého plastu, která pomáhá přesněji zacílit ultrazvukové vlny tím, že udržuje hlavu v klidu.
Vědci z londýnské University College a Oxfordské univerzity demonstrovali schopnosti systému na sedmi dobrovolnících. Účastníci neměli v anamnéze neurologická nebo psychiatrická onemocnění, měli normální nebo brýlemi či jinak korigovaný zrak a neužívali žádné psychoaktivní léky. Odborníci se u nich zaměřili na část thalamu, konkrétně na malou strukturu ve středu mozku, nazývanou laterální genikulární jádro (LGN). Ta je klíčovou komponentou savčí vizuální dráhy.
V prvním experimentu se účastníci dívali na blikající šachovnici, což vedlo k aktivitě v primárním vizuálním kortexu. Během stimulace LGN ultrazvukovým zařízením ukázala fMRI výrazně zvýšenou aktivitu ve zrakové kůře účastníků, což potvrdilo přesné zacílení techniky.
Druhý experiment pracoval se stimulací pomocí vln theta (krátké 20ms pulzy vysílané v rytmu theta, tedy s frekvencí 5 Hz, po dobu celkem 80 s) vedl k setrvalému poklesu aktivity zrakové kůry po dobu nejméně 40 minut po ultrazvukové stimulaci, což zdůraznilo potenciál systému pro vyvolání dlouhodobých změn ve funkci mozku.
Vědci již dlouho hledají způsob, jak neinvazivně modulovat mozkové funkce. Jednou z cest je transkraniální ultrazvuková stimulace (TUS), která nabízí jedinečnou výhodu pronikání do hlubokých tkání. Současné systémy však trpí omezenou přesností zacílení, což znamená, že stimulace může zasahovat větší oblast, než je žádoucí.
Klíčovým problémem je tak kompromis mezi frekvencí ultrazvuku a prostorovým rozlišením: nižší frekvence lépe pronikají lebkou, ale mají horší přesnost, zatímco vyšší frekvence poskytují přesnější zacílení, ale hůře procházejí kostí. Nová ultrazvuková helma by právě tohle mohla vyřešit.
Profesor Bradley Treeby z Katedry medicíny a biomedicínského inženýrství UCL a spoluautor studie uvádí, že nové poznatky o hlubokých mozkových strukturách otevírají příležitosti jak pro neurovědní výzkum, tak pro klinickou léčbu. Vědci podle něho mohou poprvé neinvazivně studovat příčinné vztahy v hlubokých mozkových obvodech, které mohly být dříve zkoumány pouze prostřednictvím chirurgického zákroku. Mohla by se tak transformovat léčba neurologických a psychiatrických poruch, jako je Parkinsonova choroba, deprese a esenciální třes, neboť přesnost při zacílení na specifické mozkové obvody, které hrají klíčovou roli v těchto stavech, by bylo bezprecedentní.
Hluboká mozková stimulace (DBS), která se v současné době používá k léčbě stavů jako je Parkinsonova choroba, vyžaduje invazivní chirurgický zákrok a s ním souvisejí určitá rizika. Nový ultrazvukový systém nabízí podle výzkumníků neinvazivní alternativu se srovnatelnou přesností, která by mohla lékařům umožnit testovat oblasti mozku, jež by mohly být využity k léčbě onemocnění před chirurgickým zákrokem, nebo by systém mohl dokonce zcela nahradit chirurgické přístupy. Nabízí totiž bezpečnou, reverzibilní a opakovatelnou metodu jak pro pochopení mozkových funkcí, tak pro vývoj cílených terapií.
(hno)
Zdroje:
1. Martin E., Roberts M., Grigoras I. F. et al. Ultrasound system for precise neuromodulation of human deep brain circuits. Nat Commun 2025; 16 (1): 8024, doi: 10.1038/s41467-025-63020-1.
2. Midgley M. Ultrasound helmet enables deep brain stimulation in people without surgery. Medical Xpress, 2025 Sep 5. Dostupné na: www.medicalxpress.com/news/2025-09-ultrasound-helmet-enables-deep-brain.html
3. Blackmore J., Shrivastava S., Sallet J. et al. Ultrasound neuromodulation: a review of results, mechanisms and safety. Ultrasound Med Biol 2019; 45 (7): 1509–1536, doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2018.12.015.
4. Darmani G., Bergmann T. O., Butts Pauly K. et al. Non-invasive transcranial ultrasound stimulation for neuromodulation. Clin Neurophysiol 2022; 135: 51–73, doi: 10.1016/j.clinph.2021.12.010.
5. Legon W., Ai L., Bansal P., Mueller J. K. Neuromodulation with single-element transcranial focused ultrasound in human thalamus. Hum Brain Mapp 2018; 39 (5): 1995–2006, doi: 10.1002/hbm.23981.
6. Badran B. W., Caulfield K. A., Stomberg-Firestein S. et al. Sonication of the anterior thalamus with MRI-guided transcranial focused ultrasound (tFUS) alters pain thresholds in healthy adults: a double-blind, sham-controlled study. Brain Stimul 2020; 13 (6): 1805–1812, doi: 10.1016/j.brs.2020.10.007.
