帕金逊病是影响年长人士常见神经系统疾病之一，患病率会随年龄显着上升。它会影响控制身体动作的大脑系统，常引起震颤、肌肉僵硬、动作迟缓及平衡问题，影响生活自理能力及生活质素。病因主要与产生多巴胺的神经细胞逐渐流失有关。目前治疗尤其在病情初期，通常依靠药物如左旋多巴，但疗效可能随时间而不稳定。对部分患者而言，脑深部刺激（DBS）提供了另一种治疗选择，但需透过手术将电极植入大脑深部。
这些限制推动研究人员，持续寻找既精准且低侵入性的神经调控方法。香港理工大学生物医学工程及教育科技学系教授及无创脑机接口研究中心主任孙雷教授及其研究团队，开发了结合低强度超声波与经工程设计中空二氧化矽纳米结构（HSN）的技术，在小鼠体内实现长期、局部的大脑刺激，并在帕金逊病小鼠模型中取得疗效。相关研究题为 「声机械纳米结构促成持续而精准的超声波脑刺激」已发表于《自然通讯》(Nature Communications)期刊。
本研究的创新之处在于证明，藉由稳定且对超声波敏感的纳米结构，可使超声波神经调控同时具备空间精准度及持久性。传统经颅超声波具有穿透深层组织的优势，且可以非侵入方式施加，但其空间解像度通常仅达毫米至厘米级，难以选择性启动少量神经元群。早期使用纳米粒子或纳米气泡法，虽能改善定位能力，但这些结构在体内稳定性不足，限制其长期治疗的可行性。
相较之下，孙教授团队研发的中空二氧化矽纳米结构能在小鼠脑内维持超过9星期，并持续对超声波产生功能性反应。研究人员能反覆刺激包括运动皮层、纹状体、腹侧被盖区（VTA）及丘脑底核（STN）等目标脑区，且无需基因改造或重复颅内注射物质。
为了解治疗机制，研究团队检测与运动相关脑回路中的多巴胺活性。对植入中空二氧化矽纳米结构的丘脑底核进行超声波刺激后，多巴胺释放/讯号增强，显示此方法能启动受帕金森氏症影响的神经通路。接受治疗的小鼠中，其与多巴胺相关的神经元亦保存较多。在另一种帕金逊病小鼠模型中也观察到类似疗效，显示这种基于超声波的方法，在不植入电极的情况下，可达到部分与脑深部刺激相似的治疗效果。
本研究以超声波结合中空二氧化矽纳米结构，实现长期、局部及微创的神经调控，提供了有力的概念验证。这项工作对与年龄相关的神经系统疾病尤具意义，回应了临床转化的一项核心挑战：在不植入硬件或进行基因改造的情况下，如何精准、重复及安全地刺激深层脑部回路。对于帕金逊病及其他慢性神经系统疾病而言，这项研究显示经工程设计的纳米材料结合聚焦声能，有望与传统侵入性神经调控方法互补，并在部分情况下减少对侵入性方法的依赖。
孙教授在医疗超声波技术领域具25年研究与开发经验，涵盖系统开发、讯号及影像处理，以及生物医学应用。他已拥有或申请逾十项美国及中国专利。为表彰其在生物医学工程领域的卓越贡献，他获2025/26 年度研究资助局「高级研究学者计划」资助。
资料来源: Innovation Digest 8
