据激光杂志社网，于2023年07月03日报道，电刺激作为一种传统无创性的治疗手段，在癫痫、帕金森病、难治性抑郁症等神经精神类疾病的治疗中取得了巨大进展。随着光学技术的发展，光学在医学领域的运用也越来越广泛。

        红外神经刺激（INS）是神经调控策略之一，INS是将近红外光直接作用于神经组织，从而激活或抑制神经元上动作电位的发放，进而调节脑细胞功能。红外神经刺激的作用机理被普遍认为是光热作用，由于脑组织水含量高，脑组织中水分在吸收红外光后产生热量，温度的升高导致跨膜电位的产生和热敏离子通道的激活，进而影响神经细胞的电活动。相较于电刺激和光遗传学的神经调控技术，近红外光在组织中能穿透地更深，空间特异性更强，也避免了电极或光纤永久植入而带来的组织损伤。

        近期，浙江大学研究团队联合浙江大学附属第二医院神经外科开发了一种高精度的立体定向集成装置（图A）。该装置可以精准地将光纤放置在病灶区域，在进行INS的同时对大脑皮层反应进行光学成像（OI），并快速准确地将成像区域聚焦在皮层上。该研究成果以“Infrared neural stimulation in human cerebral cortex”为题发表在Brain Stimulation。

        通过Imager 3001（Optical Imaging Inc, Germantown, NY）进行数据采集。成像区域由具有多波长发光二极管的环形光源照明区域构成。实验过程中，先在绿光（535nm）下获得血管图，然后在相同的视野下切换到红光（630nm，对血氧饱和度峰值敏感的波长）来记录由INS引起的神经元耗氧量，绘制出功能反应图。红光的波长较长可以穿透浅层血管到达皮层深处，深度可达600μm，在绘制浅层皮层的功能反应图时，能够有效减少表面血管搏动而产生的伪影。同时为了对反应显著性进行统计评估，还采集了空白（无刺激）期间的图像。

        从大脑皮层反射的光被电荷耦合器件（CCD）相机收集，该相机使用 50/105 mm 的组合微距镜头，可以产生15×15mm²的视场。从镜头到大脑皮质的工作距离很短，给光纤的放置带来了限制，光纤与皮质表面之间的角度固定在60°（图B）。

        由于呼吸和血管脉动会引起大幅度的皮质运动，这使得在人类大脑中进行OI非常困难，因此在成像系统前端配备一个光学级透明丙烯酸板，以减少由皮质运动导致的噪声而引起的光反射率的变化。丙烯酸板上制备了一个倾斜60°的小孔，通过3D显微操纵器缓慢地降低光纤穿过小孔直到光纤尖端与皮质表面接触而不刺穿皮质。然后，神经外科医生手动调整焦平面，将成像深度集中在皮质表面以下300-600μm（皮质2/3层）。

        该研究招募了5名癫痫患者，采用高精度的立体定向装置将INS和OI集成系统固定在癫痫患者皮层表面。所有患者均在手术麻醉下接受了INS和OI记录，进行手术的时间约为30-40分钟。INS后，对患者进行病变组织切除，切除的脑组织将用于INS的组织学分析。

        结果表明，INS刺激人类躯体感觉皮层产生亚毫米级激活。这些包括刺激位点的激活（红色像素）和周边位点的相对抑制（蓝色像素）。同时发现刺激位点和周边位点的激活都是强度依赖性的。周边位点反应也表明了局部反应的功能连接性。这些结果与非人灵长类的研究类似，都表明了INS对局部皮质网络的激活。对INS的区域进行组织学分析发现，损伤阈值与先前在动物研究中的损伤阈值相似。

        这是INS在癫痫病人的中枢神经系统中的首次成功应用，表明INS可以在术中环境中有效地作用于人类大脑皮层，并且可以定量控制刺激以进行强度依赖性输送。损伤阈值的估值还表明，INS在体内应用并不会对大脑皮层造成伤害。

        总之，该研究表明INS是具有巨大应用前景的工具，用于选择性刺激人脑中的功能性组织，有助于精确化和个性化医学的发展。光学的日新月异也让医学的发展更具可能性和前景，我们期待光学在医学领域的应用能够带来更多突破性成果，造福人类！

        国际上，生物医学光子学的发展日新月异，国内不少科技期刊也在追踪相关成果的进展。《中国激光》坚持追踪和服务该学科的发展，并策划了多个系列专题。2022年起，该期刊聚焦生物医学光子学前沿热点，打造了“生物医学光子学”专题子刊，并举办同名会议，为国内外生物光子学研究提供一个全新、高水平展示平台。