Untuk pertama kalinya, teknik USG baru memungkinkan para peneliti untuk merangsang beberapa lokasi di otak secara bersamaan. Ini membuka kemungkinan baru untuk mengobati penyakit otak yang menghancurkan seperti Alzheimer, Parkinson, dan Depresi di masa depan.
Foto pertama yang diambil seseorang saat ini biasanya merupakan pemindaian USG di dalam rahim. Tetapi teknologi ini mampu lebih dari itu. Fisioterapis telah lama menggunakan USG untuk memanaskan jaringan tubuh, dan ahli bedah onkologis menggunakan USG intensitas tinggi – dan panas yang dihasilkannya di dalam tubuh – untuk menghancurkan tumor.
Selama dekade terakhir, para ilmuwan juga telah meneliti bagaimana USG intensitas rendah dapat digunakan untuk mempengaruhi aktivitas saraf di otak dengan cara yang ditargetkan. Uji klinis awal sudah berupaya memverifikasi apakah “neuromodulasi” ini dapat membantu mengurangi gejala Alzheimer atau epilepsi, atau guncangan pasien tremor.
Sekarang, para peneliti dari ETH Zurich, Universitas Zurich dan Universitas New York telah berhasil meningkatkan teknik stimulasi ultrasonik di otak. Para ilmuwan telah mengembangkan perangkat yang, untuk pertama kalinya, memungkinkan mereka untuk merangsang tiga atau hingga lima titik yang ditentukan secara tepat di otak secara bersamaan, seperti yang mereka tunjukkan dalam studi mereka. Sampai sekarang, ini hanya mungkin sampai batas tertentu – dan dengan presisi yang jauh lebih sedikit.
“Mengingat bahwa otak beroperasi dalam jaringan, lebih mudah untuk mengaktifkan atau menghambat jaringan otak jika Anda merangsangnya di berbagai titik secara bersamaan,” jelas Daniel Razansky, seorang profesor di ETH Zurich dan Universitas Zurich. Razansky memimpin pekerjaan bersama dengan seorang kolega dari New York University.
Melalui tengkorak
Dalam metode ini, neuromodulasi dilakukan melalui tengkorak dengan menempatkan perangkat di atas kepala. Ini adalah teknik non -invasif – dengan kata lain, tidak perlu kraniotomi atau intervensi bedah lainnya.
Para peneliti melakukan neuromodulasi pada tikus di laboratorium. Untuk ini, mereka memposisikan kepala tikus di tengah tudung yang dilengkapi dengan beberapa ratus transduser ultrasound yang dikembangkan oleh para peneliti.
Dengan bantuan elektronik stimulasi yang canggih, transduser ini menghasilkan pulsa ultrasonik singkat sedemikian rupa sehingga gelombang ultrasonik saling mengganggu di dalam otak. Prinsipnya mirip dengan hologram, gambar tiga dimensi yang tampaknya dihasilkan oleh interaksi antara gelombang cahaya. Dalam metode baru yang dikembangkan oleh para peneliti dari Zurich dan New York, titik fokus individu diproduksi dengan overlay sejumlah besar gelombang ultrasound.
IBY memodulasi jaringan otak di berbagai lokasi pada saat yang sama, para peneliti dapat bekerja dengan intensitas ultrasonik yang lebih rendah dibandingkan dengan stimulasi satu titik. “Semakin sedikit USG, semakin aman proses ini untuk otak,” jelas Razansky. Pendekatan sebelumnya untuk neuromodulasi ultrasonik sering menderita efek semua atau tidak ada: jika ultrasonik terlalu lemah, ia tidak memiliki efek, sedangkan intensitas yang terlalu tinggi menyebabkan eksitasi yang tidak terkendali dari seluruh otak, yang membawa risiko kerusakan otak. Selain itu, USG yang intens dapat menyebabkan kerusakan pembuluh darah dan efek overheating lainnya yang tidak diinginkan di otak atau tengkorak.
Pengaruh Mekanik pada Protein
Pulsa ultrasonografi terfokus intensitas rendah memiliki efek jangka pendek, termasuk kenaikan suhu singkat di area fokus. Selain itu, diperkirakan bahwa mereka juga mempengaruhi protein saluran yang ditemukan pada permukaan neuron dan yang mengendalikan transportasi ion ke dalam dan keluar dari sel. Mekanisme mana yang berkontribusi pada aktivasi dan penghambatan neuron – dan sejauh mana – adalah sesuatu yang masih harus diselidiki oleh para peneliti secara rinci.
Metode baru ini dapat digunakan tidak hanya untuk mengaktifkan jaringan otak tetapi juga untuk secara bersamaan memvisualisasikan aktivasi ini melalui pencitraan, sehingga para peneliti dapat segera melihat jaringan mana yang telah diaktifkan.
Studi terbaru, yang diterbitkan oleh para peneliti dalam jurnal Nature Biomedical Engineering, berfungsi untuk mengembangkan teknologi dan tidak ditujukan untuk aplikasi medis.
Eksperimen hewan sangat penting untuk penelitian ini
Karena agen ini saat ini berada di bawah tekanan politik dan tidak lagi memberikan dana kepada mitra penelitian internasional, saat ini tidak mungkin bagi para peneliti untuk melanjutkan kolaborasi mereka dalam kerangka kerja yang sama, jelas Razansky. Namun, ia ingin melanjutkan pekerjaan dengan kemampuan terbaiknya dengan sumber pendanaan lainnya.
Selanjutnya, para peneliti ingin fokus pada aplikasi dan menguji teknologi dalam berbagai model hewan penyakit otak. Selain Alzheimer, tremor, dan epilepsi, aplikasi medis potensial lainnya termasuk Depresi, Parkinson's, dan perawatan pemulihan stroke. “Kami mengandalkan hewan untuk penelitian kami,” kata Razansky. “Tidak mungkin untuk meneliti perkembangan ini pada tahap awal pada manusia. Pertama -tama kita perlu belajar bagaimana mengendalikan intervensi dan memastikan bahwa itu aman dan efektif untuk pengobatan penyakit otak.”
Kelompok Razansky berspesialisasi dalam pengembangan teknik pencitraan ultrasound dan optik – khususnya, dalam aspek rekayasa sistem, metode eksperimental, dan analisis data. Rekan -rekan dari New York menyumbangkan keahlian mereka di bidang ilmu saraf. Pengembangan perangkat dan percobaan berlangsung di Zurich.
Referensi
Estrada H, Chen Y, Lemaire T, Davoudi N, Özbek A, Parduzi Q, Shoham S, Razansky D: Neuromodulasi ultrasonografi transkranial holografik meningkatkan kemanjuran stimulasi dengan secara kooperatif merekrut sirkuit otak yang terdistribusi. Nature Biomedical Engineering 2025, doi: 10.1038/s41551-025-01449-x
