帕金遜病是影響年長人士常見神經系統疾病之一，患病率會隨年齡顯著上升。它會影響控制身體動作的大腦系統，常引起震顫、肌肉僵硬、動作遲緩及平衡問題，影響生活自理能力及生活質素。病因主要與產生多巴胺的神經細胞逐漸流失有關。目前治療尤其在病情初期，通常依靠藥物如左旋多巴，但療效可能隨時間而不穩定。對部分患者而言，腦深部刺激（DBS）提供了另一種治療選擇，但需透過手術將電極植入大腦深部。
這些限制推動研究人員，持續尋找既精準且低侵入性的神經調控方法。香港理工大學生物醫學工程及教育科技學系教授及無創腦機接口研究中心主任孫雷教授及其研究團隊，開發了結合低強度超聲波與經工程設計中空二氧化矽納米結構（HSN）的技術，在小鼠體內實現長期、局部的大腦刺激，並在帕金遜病小鼠模型中取得療效。相關研究題為 「聲機械納米結構促成持續而精準的超聲波腦刺激」已發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊。
本研究的創新之處在於證明，藉由穩定且對超聲波敏感的納米結構，可使超聲波神經調控同時具備空間精準度及持久性。傳統經顱超聲波具有穿透深層組織的優勢，且可以非侵入方式施加，但其空間解像度通常僅達毫米至厘米級，難以選擇性啟動少量神經元群。早期使用納米粒子或納米氣泡法，雖能改善定位能力，但這些結構在體內穩定性不足，限制其長期治療的可行性。
相較之下，孫教授團隊研發的中空二氧化矽納米結構能在小鼠腦內維持超過9星期，並持續對超聲波產生功能性反應。研究人員能反覆刺激包括運動皮層、紋狀體、腹側被蓋區（VTA）及丘腦底核（STN）等目標腦區，且無需基因改造或重複顱內注射物質。
為了解治療機制，研究團隊檢測與運動相關腦迴路中的多巴胺活性。對植入中空二氧化矽納米結構的丘腦底核進行超聲波刺激後，多巴胺釋放/訊號增強，顯示此方法能啟動受帕金森氏症影響的神經通路。接受治療的小鼠中，其與多巴胺相關的神經元亦保存較多。在另一種帕金遜病小鼠模型中也觀察到類似療效，顯示這種基於超聲波的方法，在不植入電極的情況下，可達到部分與腦深部刺激相似的治療效果。
本研究以超聲波結合中空二氧化矽納米結構，實現長期、局部及微創的神經調控，提供了有力的概念驗證。這項工作對與年齡相關的神經系統疾病尤具意義，回應了臨床轉化的一項核心挑戰：在不植入硬件或進行基因改造的情況下，如何精準、重複及安全地刺激深層腦部迴路。對於帕金遜病及其他慢性神經系統疾病而言，這項研究顯示經工程設計的納米材料結合聚焦聲能，有望與傳統侵入性神經調控方法互補，並在部分情況下減少對侵入性方法的依賴。
孫教授在醫療超聲波技術領域具25年研究與開發經驗，涵蓋系統開發、訊號及影像處理，以及生物醫學應用。他已擁有或申請逾十項美國及中國專利。為表彰其在生物醫學工程領域的卓越貢獻，他獲2025/26 年度研究資助局「高級研究學者計劃」資助。
資料來源: Innovation Digest 8
