2023年5月31日，广东省智能科学与技术研究院（以下简称“广东省智能院”）丘志海实验室（多尺度神经网络成像和操控研究组）和香港理工大学孙雷实验室在国际著名学术期刊《The Proceedings of the National Academy of Sciences》(PNAS)（美国国家科学院院刊）在线发表了题为“The mechanosensitive ion channel Piezo1 contributes to ultrasound neuromodulation”的论文。该论文揭示了超声Piezo1在经颅超声神经调控中的介导作用，填补了超声神经调控机制研究的空白，或为超声神经调控的应用和工具开发提供理论基础。

超声神经调控被认为是下一代神经调控技术，它具有非侵入性、高穿透性、高时空分辨率以及良好的生物兼容性等独特的优势[1, 2]。超声神经调控除了可以用于研究脑功能外，还在多种疾病模型治疗中显示了良好效果。然而，由于其机制尚不清楚，超声神经调控的效果有时难以预测，甚至在一些研究中出现了相反的结果，这显然阻碍了用超声神经调控研究脑功能和治疗脑疾病的临床转化[2]。因此，理解超声神经调控的机制，对于精准，高效，安全的超声神经调控具有重大意义。

超声波是一种机械波，被认为是以机械力的形式影响和调控神经元中机械敏感性通道从而起作用。团队前期工作在离体培养神经元的研究结果，支持该观点，即超声可以打开机械敏感通道蛋白，引起钙离子内流，从而调控神经元活动（iScience，2019）。在离体体系中超声波可以通过调控机械敏感通道诱发神经元活动受到广泛的认可。

然而目前超声神经调控的体内机制研究还十分有限。Ellen A. Lumpkin实验组近期发现机械敏感性通道蛋白Piezo2参与了超声引起的外周感觉神经元的动作电位的发生[3]，这一方面验证了机械敏感通道蛋白在体内参与超声神经调控的重要作用。另一方面，尽管该研究是在外周神经系统中行进的，该研究成果提示了Piezo家族，目前发现的最敏感的机械敏感通道，可能在中枢神经系统的超声神经调控发挥作用。本论文研究结果发现，PIEZO1在体内的超声神经调控具有重要作用，特别是在神经元中，其对超声的响应低至0.06 MPa（PNAS 2023），对超声的响应具有高敏感性。神经元Piezo1是体内超声神经调控的关键因素。

广东省智能院博士后朱杰君为本文第一作者，香港理工大学博士后冼铨香、侯玄迪为共同第一作者，丘志海研究员与孙雷教授同为论文的通讯作者，该项工作得到了广东省高水平创新研究院项目、广东省重点区域研究开发计划、香港研究资助局一般研究基金和深港澳科技合作计划项目的支持。

[1] 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.

[2] Fomenko A, Neudorfer C, Dallapiazza R F, et al. Low-intensity ultrasound neuromodulation: An overview of mechanisms and emerging human applications. Brain Stimul, 2018, 11(6): 1209-1217.

[3]    Hoffman B U, Baba Y, Lee S A, et al. Focused ultrasound excites action potentials in mammalian peripheral neurons in part through the mechanically gated ion channel PIEZO2. Proc Natl Acad Sci U S A, 2022, 119(21): e2115821119.