用超声波“黑”进人体神经
超声波技术从产检神器变身治疗利器，精准调控神经，缓解炎症、糖尿病和肥胖。无需手术，未来或可在家用穿戴设备实现每日治疗，革新健康管理方式。
炎症是人体对伤害和感染的天然反应，但当它转为慢性时，便如同一把双刃剑，可能引发关节炎、心脏病甚至某些癌症等严重健康问题。随着医学界对这一机制的深入认识，科学家们正全力寻找有效控制有害炎症的方法。从新型药物到饮食干预，各种手段层出不穷。然而，想象一下，如果一种已经在医院使用了数十年的熟悉技术，能够为这些健康难题带来全新解决方案呢？
聚焦超声波刺激(FUS)技术或许就是答案。这项技术利用声波精准作用于身体特定部位，抑制炎症，令人眼前一亮。很多人对超声波的印象停留在孕检或诊断成像，但现在，它正展现出治疗糖尿病、肥胖等多种疾病的潜力。位于纽约曼哈塞特的Feinstein生物电子医学研究所的我们团队，正在探索如何通过改造现有超声波设备，为当今最棘手的健康挑战提供创新方案。
我们的研究聚焦于破译神经系统的“电语言”。传统的药物治疗往往影响全身，副作用难以避免，而我们希望通过刺激神经元，实现更精准的干预。比如，FUS可以通过声波振动与神经元细胞膜相互作用，打开离子通道，间接改变细胞电压，促使神经元“放电”。这种方式无需手术，未来甚至可能通过穿戴设备在家使用。想象一下，医生开的处方不再是药片，而是“每天佩戴超声波腰带一次，接受刺激剂量”。
超声波技术早已是医学领域的常客。早在20世纪40年代，研究人员就开始用低能量超声波反射内脏，构建医学影像。到50年代末，医生们已能通过超声波让准父母看到子宫内胎儿的模样。而高强度超声波，甚至能用于摧毁肿瘤。如今，低强度超声波(与成像强度相当)被用于神经调控，堪称一片未被充分开垦的新领域。相比之下，当前最常见的神经调控技术是用电流改变神经元活动，比如治疗帕金森病的深部脑刺激，通过激活特定神经元恢复大脑的正常活动模式。而FUS则通过声波振动，间接引发神经元放电，为大脑或外周神经的治疗提供了非侵入式选择。
我们在研究中特别关注外周神经，即脑和脊髓以外的神经系统。例如，刺激腹部调控炎症或代谢的特定神经，可能从根源上解决相关疾病，而非仅缓解症状。2002年，Feinstein研究所的Kevin Tracey颠覆了传统观念，证明神经系统与免疫系统并非各自为政。他发现了炎症反射：通过迷走神经和脾脏神经，脑与身体形成双向神经回路，控制免疫细胞释放的细胞因子，进而调节炎症。这一发现催生了生物电子医学领域，并推动了用电刺激迷走神经(VNS)治疗慢性炎症的临床试验。然而，VNS需要植入设备，手术风险和费用让许多患者望而却步。因此，我们转向了非侵入式的超声波刺激。
与GE Research的合作让我们在啮齿动物实验中发现，脾脏超声波刺激能像VNS一样，激活抗炎通路，显著降低细胞因子水平。2023年，我们在《脑刺激》期刊上发表了首次人体试验结果。我们招募了60名健康志愿者，测试3分钟超声波治疗对炎症标志物——肿瘤坏死因子(TNF)的影响。40人接受了FUS，20人作为对照组仅接受脾脏成像。意外的是，连成像组的TNF水平也有所下降！这提示即使是简单的超声波成像，也可能带来轻微的抗炎效果。为确保实验准确性，我们又招募了10人，设计了真正的“假刺激”对照组，拔掉超声波设备插头。
实验结果令人振奋：接受FUS的志愿者在模拟感染后，血液中TNF水平显著低于对照组，且未见心率、血压等异常。更意外的是，刺激脾脏的任何部位，效果几乎一致；即使使用最低强度的超声波(10毫瓦/平方厘米)，也能显著降低TNF水平。这表明，FUS对炎症的调控可能比想象中更灵活、更简单。不过，24小时后，TNF水平恢复到基线，提示未来治疗可能需要每日或定期施加刺激。
FUS的潜力远不止于此。我们与GE Research合作，探索其在肥胖和糖尿病治疗中的应用。全球约8.9亿人受肥胖困扰，炎症往往是其伴生问题。我们让实验鼠食用高热量、高脂肪的“西方饮食”八周后，半数接受FUS，半数接受假刺激。结果令人惊喜：FUS组的实验鼠不仅炎症水平降低，还吃得更少，体重也下降了。
在糖尿病研究中，FUS同样展现出惊人效果。全球约8.3亿人患有糖尿病，肝脏的葡萄糖调控失灵是核心问题。我们针对肝门部位的葡萄糖感知神经元进行每日3分钟超声波刺激，40天后，糖尿病大鼠的血糖从危险水平降至正常范围。在小鼠和猪身上，我们也取得了类似结果，2022年发表于《自然生物医学工程》。进一步实验揭示，FUS通过改变肝脏到下丘脑的信号，调节代谢指令，从而降低血糖。
心肺疾病也可能是FUS的用武之地。我们首次尝试用FUS治疗肺动脉高压——一种罕见但无法治愈的疾病。12分钟的脾脏FUS显著降低肺部压力，改善心脏功能，减缓疾病进展。更令人兴奋的是，效果在实验结束后仍持续了一段时间。我们正计划测试FUS对心力衰竭的疗效，这一疾病在美国影响超过600万人，炎症对其心脏肌肉的损害不容忽视。
FUS的优势在于其硬件基础已成熟，且经美国食品药品监督管理局批准，安全性有数十年临床记录支撑。我们的合作方GE已开始改造现有成像设备，使其适用于FUS治疗。未来，穿戴设备可能自动定位目标并施加刺激，用户只需佩戴并启动即可。一些初创公司，如SecondWave Systems，已在类风湿关节炎患者中测试了类似设备，初步结果令人乐观。
不过，FUS的临床应用仍有待完善。我们需要确定最佳的声波频率、脉冲时长和治疗方案。例如，治疗慢性疼痛可能每三个月一次，而炎症相关疾病可能需每周多次。借助已有的大量超声波影像数据库，机器学习算法或能实现自动目标识别，让家用设备成为现实。
尽管FUS走向临床和家用还需数年，道路却无比光明。它不仅有望减少对药物的依赖，还让我们得以直接“对话”人体的电信号，开辟健康管理的新纪元。
