Forschende nutzen Schallwellen zur Aktivierung neuronaler Schaltkreise

(CONNECT) Forschende der der Universität Zürich (UZH), der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) und der NYU Langone Health aus New York haben in Mäusen erstmals neuronale Schaltkreise durch Schallwellen, die in Hologramme projiziert werden, aktiviert. Diese Technik, als transkranielle Ultraschallstimulation (TUS) bekannt, soll laut einer Medienmitteilung als Basis für neuartige, nicht-invasive Behandlungen neurologischer Krankheiten dienen. Die Forschenden positionierten zur Erprobung der TUS eine helmförmige Anordnung von 512 Ultraschallsendern über dem Kopf einer Maus, die Schallwellen so überlagert, dass geometrische Muster, etwa Dreiecke oder Fünfecke, („akustische Hologramme") auf die Hirnoberfläche projiziert werden. 

Bei Aktivierung der Neuronen durch den Ultraschall erzeugten diese ein Fluoreszenzsignal, das die Forschenden mit einer Kamera aufzeichneten und so messen konnten, inwieweit verschiedene Gehirnregionen der Mäuse durch die TUS-Technik aktiviert wurden. „Unsere Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse darüber, wie die transkranielle Ultraschallstimulation (TUS) Schaltkreise in einem lebenden Organismus aktiviert”, erklärt Dr. Shy Shoham, Professor in Neurowissenschaften an der NYU Grossman School of Medicine und Koautor der Studie. „Wir hoffen, dass die von uns entwickelten Techniken und Rechenmodelle anderen Grundlagenforschern helfen werden, die Mechanismen verschiedener Gehirnschaltkreise zu untersuchen. Letztendlich ist es unser Ziel, diese Arbeit in Protokolle für die transkranielle Ultraschallstimulation zur Behandlung verschiedener menschlicher Erkrankungen, wie z. B. psychischer Störungen, umzusetzen.”

Intensive Schallwellen dienen bereits im Rahmen von Parkinsontherapien dazu, Neuronen in tremorassoziierten Nervenbahnen abzutöten. Die in der Studie verwendeten Schallwellen, die von geringerer Intensität sind, aktivieren Neuronen bloss kurzzeitig. Zukünftig wollen die Forschenden testen, ob Ultraschall auch tiefer liegenden neuronale Schaltkreise im Gehirn aktivieren kann. Mehrere Anwendungen befinden sich bereits in der klinischen Testphase.

Die Studie, die erstmals in der Zeitschrift „Nature Biomedical Engineering" veröffentlicht wurde, erhielt finanzielle Zuwendungen der National Institutes of Health und des Schweizerischen Nationalfonds. ce/ja