帕金森病和癲癇等神經系統疾病通過深層腦刺激取得了一些治療效果，但這些都需要手術裝置的植入。聖路易斯華盛頓大學的一個多學科團隊利用聚焦超聲波開發了一種新的大腦刺激技術，能夠開啟和關閉大腦中特定類型的神經元，並精確控制運動活動，而無需植入手術設備。

由McKelvey工程學院生物醫學工程和醫學院放射腫瘤學助理教授Hong Chen領導的團隊首次提供了直接證據，顯示通過結合超聲波誘導的加熱效應和遺傳學，對哺乳動物大腦中的神經元進行非侵入性、細胞類型特異性激活，他們將此命名為聲熱遺傳學。這也是第一項表明超聲加上遺傳學的組合能夠通過刺激大腦深處的特定目標而有力地控制行為的工作。

這項為期三年的研究由美國國立衛生研究院的BRAIN計劃提供部分資金，其結果於2021年5月10日在線發表於《腦刺激》。

高級研究團隊包括來自麥凱爾維工程學院和醫學院各自領域的知名專家，包括生物醫學工程教授崔建民；放射學、物理學和生物醫學工程教授Joseph P. Culver；醫學部傳染病科醫學副教授Mark J . Miller；以及原華盛頓大學，現華盛頓大學麻醉學和藥理學教授Michael Bruchas。

研究人員的努力提供了證據證明超聲遺傳學在自由移動的小鼠中喚起了行為反應，同時針對的是大腦深處的部位。這有可能改變我們的神經科學研究方法，也就是發現理解和治療人類大腦疾病的新方法。

利用小鼠模型，Hong Chen和該團隊將含有TRPV1離子通道的病毒構建體傳遞給遺傳選擇的神經元。然後，他們通過一個可穿戴設備，通過低強度聚焦超聲波向大腦中選定的神經元提供小範圍的熱量。熱量只比體溫高幾度就可以激活TRPV1離子通道，它就像一個開關，將神經元打開或關閉。將這種設備佩戴在可自由移動的小鼠頭上的超聲波信號可以移動以瞄準整個大腦的不同位置。因為它是無創的，這項技術有可能在未來被推廣到大型動物和潛在的人類。

這項工作建立在崔建民實驗室進行的研究之上，該研究於2016年發表在《科學報告》上。崔和他的團隊首次發現，僅靠超聲波就能影響離子通道的活動，並可能帶來控制特定細胞活動的新的、非侵入性的方法。在他們的工作中，他們發現聚焦超聲對流經離子通道的電流的調製平均高達23%，這取決於通道和刺激強度。在這項工作之後，研究人員發現有近10個離子通道具有這種能力，但它們都是機械敏感的，而不是熱敏感的。

這項工作還建立在光遺傳學的概念上，即有針對性地表達對光敏感的離子通道和精確傳遞光來刺激大腦深處的神經元的組合。雖然光遺傳學增加了新神經迴路的發現，但由於光的散射，它的滲透深度有限，而且需要通過手術植入光纖。

超聲和遺傳學有希望以毫米級的分辨率瞄準小鼠大腦的任何位置，而不會對大腦造成任何損害，團隊繼續優化該技術並進一步驗證他們的發現。