摘要：

重要性：腹内侧前颞叶被认为是语义记忆的重要跨模态整合枢纽，但该区域位置较深且较为腹侧，传统无创脑刺激技术难以实现精准调控。低强度经颅聚焦超声刺激因具备较高空间精度和深部靶向能力，成为检验该脑区因果作用及其可塑性机制的潜在工具。

目的：检验theta-burst经颅聚焦超声刺激（tbTUS）靶向左侧腹内侧前颞叶后，是否能够改善语义任务表现，并从神经化学、任务态功能活动、有效连接及形态学层面阐明其机制。

设计与对象：纳入23名健康年轻成人（6名男性，平均年龄21±3.02岁），采用交叉设计。每位受试者完成3次实验：第1次用于获取结构像并进行导航；第2次和第3次分别接受左侧腹内侧前颞叶刺激或左侧侧脑室刺激（主动对照），两次实验间隔至少5天。

主要方法：刺激前后完成语义联想任务与图案匹配控制任务；随后采集结构MRI、GABA编辑MRS和任务态fMRI。采用VBM评估局部灰质变化，采用SPM12进行GLM和ROI分析，并用动态因果模型（DCM）评估语义网络内有效连接变化。

主要结果：与脑室刺激相比，ATL tbTUS显著提高语义任务正确率，但对控制任务无显著影响；在ATL体素内，GABA+下降、Glx升高，同时Cho、tCr和NAA升高；Glx/GABA比值显著上升，并与语义任务反应时相关。VBM显示左腹内侧ATL灰质体积指标升高。ROI-fMRI显示双侧ATL、双侧IFG及左侧pMTG的任务诱发激活下降。DCM显示：基线内在连接整体增强，语义任务期间来自其他语义区到ATL的调制连接增强，而ATL输出到其他区域的调制连接减弱。

结论：单次ATL靶向tbTUS可在行为、神经化学、功能动力学和形态学层面同时产生可测量效应，支持腹内侧ATL在语义记忆中的核心作用，也提示经颅聚焦超声有望成为认知增强与神经康复的潜在干预手段。

1. 引言

语义记忆是关于世界知识的储存系统，在日常生活中，人们依赖它与他人交流并理解周围环境。它使语言理解与表达、物体识别以及对日常事件的解释成为可能，因此是人类认知与行为的核心组成部分。语义记忆受损会显著影响生活质量，这类缺陷常见于痴呆等神经退行性疾病。因此，理解语义记忆的机制，对于回答人类认知的基础问题以及为相关疾病开发有效干预手段都十分重要。

在大脑中，前颞叶在形成整合性的语义表征中起关键作用，被认为是一个跨模态、跨时间的语义记忆枢纽。支持这一观点的证据来自语义性痴呆研究，因为这类疾病常表现为以前颞叶为中心的进行性萎缩；也来自功能磁共振成像和脑磁图等神经影像学研究。采用经颅磁刺激和经颅电刺激等无创脑刺激技术的研究，进一步证实了前颞叶在语义记忆中的因果作用。尤其是皮层网格电极刺激、皮层脑电图研究，以及畸变校正后的功能磁共振研究，进一步提高了对前颞叶内部空间和时间精细结构的认识。这些研究提示，语义记忆的跨模态核心枢纽主要位于腹内侧前颞叶。

磁共振波谱是一种体内磁共振成像技术，可定量检测脑内神经化学物质浓度，包括GABA（γ-氨基丁酸，主要抑制性神经递质）和谷氨酸（主要兴奋性神经递质）。近年的磁共振波谱研究进一步支持腹内侧前颞叶是语义表征枢纽中心这一观点，并揭示了其神经化学基础。结合功能磁共振，这些研究表明，腹内侧前颞叶中的GABA能信号与语义任务诱发的功能磁共振活动及语义任务表现相关。然而，利用当前的无创技术如经颅磁刺激或经颅电刺激，仍然难以直接刺激腹内侧前颞叶。

低强度经颅超声刺激是一种新兴的无创脑刺激技术，近年来因其在神经科学研究以及神经和精神疾病治疗中的潜力而受到关注。该技术通过将100至1000 kHz范围内的声波穿过颅骨，把声学能量聚焦到特定脑区，从而达到毫米级空间精度。与经颅磁刺激和经颅电刺激相比，超声刺激具有若干独特优势：安全、无痛、能够精确靶向深部脑结构，并且其神经调控效应可持续从毫秒到数小时不等。这种较长持续时间的效应尤其重要，因为它可能诱导神经可塑性变化，如长时程增强或长时程抑制，使其成为一种很有前景的治疗工具，可通过调节特定脑区或网络中的神经活动发挥作用。超声刺激主要通过超声波与靶区细胞的机械相互作用实现神经调控。然而，超声刺激的具体调控机制及其对脑和认知的影响，目前仍未被充分理解。

近期研究已将超声刺激与磁共振成像结合，用于探索其对神经化学和功能脑网络的影响。功能磁共振研究表明，超声刺激可诱发局部及广泛的脑活动与功能连接变化，这些效应在猕猴和人类研究中均有报道。与磁共振波谱结合时，研究者能够评估超声刺激对靶区神经化学的影响。到目前为止，仅有少数研究发现，超声刺激可降低后扣带皮层和运动皮层中的GABA水平，并增加运动皮层中的Glx（谷氨酰胺+谷氨酸）水平。这些发现提示，超声刺激作为一种神经调控工具，能够调节神经递质和功能网络活动。然而，将这些变化与人类认知直接联系起来的证据仍然十分有限。该研究旨在探讨超声刺激如何对语义记忆产生持续性影响。

θ爆发模式的经颅聚焦超声刺激通常被认为具有兴奋性效应，但越来越多的证据表明，其结果也可能因刺激参数、脑状态和实验情境而呈现促进或抑制两种不同效应。近期一项θ爆发超声研究显示，这种刺激能够提高运动皮层兴奋性并改善运动任务表现。此外，一项结合磁共振波谱和功能磁共振的研究表明，θ爆发超声可降低靶区GABA浓度，同时增强功能上远隔脑区之间的连接。在此基础上，研究人员拟通过向腹内侧前颞叶施加θ爆发经颅聚焦超声刺激，并与一个已验证的对照条件——脑室刺激——进行比较，来提升语义记忆表现。该研究结合了超声刺激、磁共振波谱和功能磁共振，以探究θ爆发超声对语义任务表现、神经化学、皮层活动以及语义加工过程中语义网络内有效连接的影响。虽然双侧前颞叶都参与语义记忆，但选择左侧前颞叶作为刺激靶点。这一决定得到经颅磁刺激研究支持，因为无论刺激左侧还是右侧前颞叶，都会对语义加工产生相似影响。具体而言，研究提出以下假设：第一，施加于前颞叶的θ爆发超声将降低前颞叶中的GABA浓度并提高Glx水平；第二，θ爆发超声将在语义任务期间引起功能磁共振血氧水平依赖信号的变化，这种变化不仅出现在前颞叶，也会出现在与语义加工相关的其他脑区，包括额下回和后部颞中回；第三，如果超声对前颞叶的调节反映了语义网络内适应性的短期可塑性，那么有效连接分析应显示前颞叶与其他语义相关脑区之间的促进性连接增强，并由此带来更好的任务表现。此外，鉴于动物研究已发现超声刺激后会出现结构改变，研究员还考察了前颞叶的潜在结构变化，以评估类似效应是否也会出现在人类中。通过这种综合性研究策略，希望推进对超声刺激如何调节腹内侧前颞叶、影响更广泛语义网络并增强认知表现的理解。

2. 方法

2.1研究概述

该研究采用健康成人、交叉、主动对照设计。受试者共完成3次实验：首次获取高分辨率T1结构像用于导航；后续两次分别接受左侧腹内侧ATL刺激或左侧侧脑室刺激。刺激顺序进行平衡，实验时间尽量安排在相同时间段，并设置至少5天间隔以减少残留效应。受试者在刺激前后均完成语义联想任务和图案匹配控制任务，刺激后进一步接受多模态MRI扫描。

图 1研究设计

2.2刺激参数、靶点与安全性

该研究使用四阵元CTX-500-4CH换能器，并连接NeuroFus PRO TPO-203系统。其基本频率为0.5 MHz，换能器直径为64 mm。超声刺激采用相同的θ爆发参数：中心频率500 kHz，脉冲持续时间20 ms，脉冲重复间隔200 ms，脉冲重复频率5 Hz，占空比10%，空间峰值脉冲平均强度（ISPPA）为54.51 W/cm²，总刺激时长80秒，聚焦深度可变（ATL条件5.31±0.72 cm；脑室条件5.28±0.34 cm）。刺激部位为左半球的ATL或脑室。ATL靶点依据既往TMS-fMRI研究确定，MNI坐标为（−36, −15, −30）；脑室靶点则依据每位受试者的T1结构像，手动确定为左侧侧脑室后部中央位置。头部与换能器的摆位采用已验证的开源工具进行个体化计算；刺激前在换能器内注入脱气水，并在头皮与换能器之间涂抹超声耦合胶，必要时使用注射器去除气泡。

为验证刺激定位是否准确，研究者使用k-plan V1.2对所有受试者进行声场模拟，模拟同时采用真实采集的T1加权像和由T1像估算得到的伪CT图像。结果证实，无论是ATL刺激还是脑室刺激，均能够准确聚焦于目标区域。组水平结果显示，ATL刺激时靶点峰值声压为578.22±101.27 kPa，脑室刺激时为624.6±90.0 kPa；原位ISPPA分别为11.46±4.09 W/cm²和13.26±4.19 W/cm²；经颅机械指数分别为0.80±0.16（最大1.11）和0.88±0.13（最大1.33）。温升也均处于既定安全标准以内。

图 2 经颅超声刺激

2.3磁共振成像采集

全部图像均在GE SIGNA Premier 3T磁共振扫描仪上采集，使用48通道头线圈。

T1加权结构像采用3D MPRAGE序列采集，参数为：体素大小1 mm各向同性，视野256，矩阵256，矢状位256层，反转时间800 ms，翻转角8°。MRS采用GABA编辑的MEGA-PRESS序列，TR=2000 ms，TE=68 ms。感兴趣体素手动放置于左侧腹外侧前颞叶，体素大小为40×20×20 mm；同时在枕叶皮层设置一个30×30×30 mm的控制体素。GABA编辑脉冲施加于1.95 ppm，ATL体素共采集184次重复，枕叶体素共采集112次重复，总采样点数为4096，频谱带宽为5 kHz。

fMRI采用全脑二维GE-EPI序列采集，参数包括TR=1400 ms，TE=35 ms，翻转角68°，平面内视野212×212 mm，57层，层厚2 mm，体素大小2 mm各向同性，hyperband factor为3，ARC factor为2，共344个时间点，总扫描时间约8.2分钟。为校正EPI畸变，还额外采集了两张相反相位编码方向的SE-EPI图像。

2.4 VBM分析

体素形态学分析采用CAT12进行，用于评估ATL刺激与脑室刺激后灰质和白质的变化。预处理步骤包括分割、标准化、调制和平滑。每名受试者在两个时间点（ATL刺激和脑室刺激）均有数据。为降低个体内部变异并提高配准精度，研究先基于两个时间点生成一个无偏的个体平均图像，再在该平均图像基础上进行组织分割和标准化，从而保证纵向分析的一致性。标准化采用优化的DARTEL方法，将灰质和白质图像对齐至定制的MNI空间模板。图像同时进行了偏场校正，并分割为灰质、白质、脑脊液和非脑组织；为保留局部体积变化信息，进一步采用Jacobian调制；最终使用5 mm FWHM高斯核进行平滑。统计分析基于广义线性模型，比较ATL与脑室刺激条件下的区域性灰质和白质差异，并控制颅内总容量。由于研究者预先假设左侧腹内侧ATL会发生形态学变化，因此设置了一个以（−36, −15, −30）为中心、半径5 mm的先验ROI，并在此区域内采用小体积校正后的FWE p<0.05进行多重比较校正。

2.5 MRS分析

MRS频谱使用GANNET 3.3.1分析，首先进行频率与相位校正，并采用3 Hz指数线增宽进行滤波。3 ppm处编辑后的GABA峰下面积被定义为GABA+，因为编辑后的GABA信号中含有大分子成分的混入。GABA+、Glx及未抑制水峰分别通过单高斯峰模型或高斯-洛伦兹模型进行拟合和积分。此外，还定量了NAA、Cho和tCr等代谢物。为校正组织成分差异，研究假设脑脊液中的神经化学浓度可忽略，且灰质中的浓度约为白质的两倍，因此将代谢物浓度以水信号归一化，并根据GM/(GM+WM)比例进行调整。每个体素的数据质量通过拟合误差、信噪比和谱线宽度等指标评估。剔除标准包括：任一代谢物拟合误差大于15%、水峰半高全宽大于20 Hz，或SNR小于40。最终，ATL体素共排除7条频谱，枕叶体素共排除8条频谱。

2.6 fMRI分析

fMRI数据预处理采用诺丁汉BRC最新版影像处理流程，整合了FSL、ANTs、SPM和FreeSurfer等软件。预处理步骤包括EPI畸变校正、头动校正、层时校正、组织分割、标准化和5 mm FWHM高斯平滑。统计分析在SPM12中基于广义线性模型进行，设计矩阵中纳入语义任务与对照任务两个条件以及6个头动参数作为回归量。首先计算每名受试者的兴趣对比“semantic > control”，再在组水平进行单样本t检验。全脑分析采用体素水平p<0.001、簇水平FWE校正p<0.05，且簇大小至少100个连续体素。随后又使用Marsbar进行ROI分析，ROI包括ATL、额下回和后部颞中回，其峰值坐标均来自研究既往使用同类任务的研究。最后通过配对t检验比较ATL刺激与脑室刺激之间的差异。

2.7动态因果模型（DCM）分析

DCM分析同样在SPM12中完成，目的在于评估tbTUS对语义网络内有效连接的影响。研究建立了一个包含6个节点的单一模型，即双侧ATL、双侧IFG和双侧pMTG，因为ATL刺激不仅影响靶区本身，也会影响与其功能连接的语义相关脑区。对每位受试者，各节点的BOLD时间序列首先提取出来，并在SPM12中通过第一特征向量转换为神经活动信号。内在连接模型包括6个节点之间的双向连接，用于估计基线连接；调制模型则考察任务相关的连接变化，并将左侧ATL设为驱动输入位点，用于模拟ATL tbTUS的影响。分析分别在ATL刺激和脑室刺激条件下进行，关注ATL刺激对网络连接的调节作用。之后提取每位受试者的模型参数估计值，包括驱动输入强度、内在连接强度和调制连接强度，并通过FDR校正的单样本t检验评估其是否显著偏离0，再通过配对t检验比较ATL tbTUS对区域间连接的影响。

2.8统计分析

统计分析使用IBM SPSS 28、R和SPM12完成。不良反应问卷采用χ²检验分析。行为学数据方面，对每位受试者计算正确率和反应时，并分别在语义任务和对照任务中进行2×2重复测量方差分析，其中刺激条件（ATL vs. 脑室）和时间（刺激前 vs. 刺激后）作为被试内因素；随后再进行计划性的配对t检验。MRS数据方面，针对GABA+和Glx，由于研究有明确方向性假设，因此采用单侧配对t检验；对于NAA、tCr和Cho等其他代谢物，则采用双侧配对t检验。

3、结果

3.1总体结果概述

研究考察了tbTUS对语义记忆的区域特异性和任务特异性影响，重点关注其在结构、神经生化、功能以及行为层面的变化。受试者共完成3次实验：第一次采集高分辨率T1结构像用于神经导航；第二、三次分别接受左侧腹内侧前颞叶主动刺激或左侧脑室对照刺激，两次刺激之间至少间隔5天。每次刺激后，受试者均接受MRI扫描，并在刺激前后完成语义联想任务和图案匹配对照任务。MRS用于测量前颞叶和枕叶控制区的GABA+与Glx等代谢物浓度；fMRI用于记录语义任务期间的大脑活动；扫描结束后，受试者再次完成行为任务，并在研究末填写与tbTUS相关的不良反应问卷。

3.2 tbTUS对行为学表现的影响

研究者采用2×2重复测量方差分析评估tbTUS对两类任务表现的影响，其中“刺激条件”（ATL刺激 vs 脑室刺激）和“时间”（刺激前PRE vs 刺激后POST）均为被试内因素。结果显示，在语义任务正确率上，存在显著的时间主效应（F₁,₂₁ = 10.61, p = 0.004），同时刺激条件与时间之间存在显著交互作用（F₁,₂₁ = 5.09, p = 0.035）。而在对照任务中，没有发现任何显著效应（Fs < 1.73, ps > 0.202）。

随后，研究员对标准化后的任务表现进行了计划性t检验，以控制个体基线差异。标准化方法为：将每位受试者的任务表现除以其刺激前表现，因此PRE条件下的标准化值恒为1。结果显示，ATL刺激后语义任务正确率显著升高，不仅相较于刺激前显著改善（t = 3.56, p = 0.002），而且显著优于脑室对照刺激（t = 2.46, p = 0.023）（图3A）。相比之下，脑室刺激前后无显著差异；对照任务在ATL刺激或脑室刺激后也均未见显著改变。

在反应时（RT）方面，仅发现时间主效应：无论是在语义任务中（F₁,₂₁ = 88.56, p < 0.001），还是在对照任务中（F₁,₂₁ = 8.56, p = 0.008），受试者在刺激后均表现出更快的反应速度。进一步的事后t检验表明，这种RT缩短与具体刺激类型或任务类型无关，即受试者在POST阶段普遍比PRE阶段更快（ts > -3.04, ps < 0.05）。除此之外，RT未发现其他显著效应。换言之，ATL tbTUS对语义记忆的促进主要体现在正确率提升，而不是特异性的反应时变化。

图 3 行为结果

3.3tbTUS对局部神经化学的影响

研究员进一步通过MRS分析局部神经化学变化，并对前颞叶感兴趣体素（ATL VOI）和枕叶控制体素（OCC VOI）分别进行计划性配对t检验。结果显示，在ATL体素内，与脑室刺激相比，ATL tbTUS显著降低了GABA+水平（t = -1.79, p = 0.043），并显著升高了Glx水平（t = 2.60, p = 0.009）。这提示主动刺激改变了靶区的抑制性和兴奋性神经递质平衡。

除GABA+和Glx外，ATL tbTUS还显著提高了若干与神经代谢和细胞功能相关的代谢指标：胆碱（Cho）升高（t = 2.99, p = 0.008）、总肌酸（tCr）升高（t = 2.54, p = 0.021）、N-乙酰天冬氨酸（NAA）升高（t = 2.56, p = 0.020）。这些变化表明，超声刺激不仅影响抑制/兴奋递质系统，也可能调节神经元代谢状态和细胞完整性。

相对而言，在枕叶控制体素中，ATL刺激与脑室刺激之间没有发现显著差异。无论是GABA+、Glx，还是Cho、tCr和NAA，在OCC体素中均未见显著变化。这说明神经化学变化主要局限于刺激靶区，而不是一种广泛、非特异性的全脑效应。

图 4 ATL与OCC体素的MRS代谢物结果

3.4兴奋—抑制平衡（EIB）的结果

为了更直接评估局部神经生理状态的变化，研究者计算了Glx/GABA比值，将其作为兴奋—抑制平衡（EIB）指标。结果显示，在ATL体素中，ATL tbTUS相较于脑室刺激显著提高了EIB（t = 7.14, p < 0.001）；但在枕叶控制体素中，两种刺激之间无显著差异（。这一结果进一步说明，主动刺激使靶区的神经化学环境偏向更高的兴奋性状态。

更重要的是，研究还发现ATL区的EIB与语义任务表现显著相关：在ATL刺激后，EIB与语义任务反应时之间存在显著相关（r = 0.5, p = 0.03）。这意味着，神经化学平衡的变化与行为表现改善之间存在直接联系，支持了关于tbTUS通过调节局部神经化学来增强语义记忆的解释。

图 5 EIB结果及其与行为学的相关分析

3.5 tbTUS对局部脑形态的影响

研究采用基于体素的形态学分析（VBM）探索ATL刺激后是否存在区域性灰质变化。分析采用一个先验定义的左侧ATL球形感兴趣区（以MNI坐标[-36, -15, -30]为中心，半径5 mm）。结果显示，与脑室刺激相比，ATL tbTUS在左侧腹内侧前颞叶引起了显著的灰质体积增加，峰值坐标为MNI（-38, -12, -30），统计值为t = 3.12，簇大小ks = 11，经小体积校正后的FWE校正p值为0.042

而在反向比较中，即“ATL刺激 < 对照刺激”，未观察到任何显著灰质变化。换言之，结果仅支持ATL tbTUS导致靶区灰质体积增加，而不支持其造成局部萎缩或减少。该发现提示，即使是单次tbTUS，也可能诱发快速的局部结构可塑性变化。

图 6 左腹内侧ATL的VBM结果与语义网络ROI-fMRI结果

3.6 tbTUS对语义网络局部及远隔激活的影响

fMRI结果首先表明，在脑室刺激条件下，语义任务相较于对照任务可诱发典型的语义网络激活，包括ATL、前额叶和后部颞叶皮层。这说明实验任务本身成功激活了预期的语义加工网络。在全脑水平直接比较ATL刺激与脑室刺激时，并未发现显著差异。因此，研究进一步进行了基于先验ROI的分析，重点关注语义网络中的ATL、额下回（IFG）和后部颞中回（pMTG）。计划性配对t检验结果表明，ATL tbTUS后，双侧ATL的任务诱发激活显著下降：左ATL为t = -2.52, p = 0.020，右ATL为t = -2.18, p = 0.041。

除ATL外，双侧IFG也表现出显著的激活下降：左IFG为t = -2.83, p = 0.010，右IFG为t = -2.69, p = 0.014。对于pMTG，左侧显著下降（t = -2.68, p = 0.014），右侧则呈边缘性变化（t = -1.84, p = 0.079）。这些结果表明，ATL tbTUS并不仅仅影响刺激靶点本身，还会改变与其功能连接的远隔语义相关脑区活动模式。研究将这种“在表现改善的同时，任务诱发激活下降”的现象解释为一种更高效的神经处理状态。

3.7tbTUS对语义网络有效连接的影响

研究用DCM分析双侧ATL、双侧IFG和双侧pMTG之间的因果连接后发现，在对照刺激条件下，语义网络本身就存在显著的正向促进性连接；而在ATL tbTUS后，网络的基线内在连接整体增强，说明刺激提高了语义网络各节点之间的总体协同性和促进作用。尤其是，无论是“ATL到其他区域”还是“其他区域到ATL”的平均内在连接都明显增强，提示ATL与整个语义网络之间的基础耦合更强了。

但在真正执行语义任务时，连接模式并不是简单“全面增强”，而是出现了更有方向性的重组：tbTUS显著增强了其他语义脑区指向ATL的连接，同时却降低了ATL指向其他脑区的大多数连接。也就是说，刺激后语义加工时，网络更像是把信息“汇聚到ATL”这一核心枢纽，而不是让ATL向外广泛驱动其他区域。研究认为，这种结果说明tbTUS并非只提高局部兴奋性，而是促进了语义网络的快速适应性重构，使ATL更有效地整合来自IFG和pMTG等区域的信息，从而支持更好的语义表现。

再进一步说，研究把这种模式理解为：tbTUS先在基线状态下增强整个语义网络的促进性连接，再在任务状态下重新分配网络中的信息流方向，使ATL成为更高效的信息整合中心。这也和他们在行为学上看到的语义正确率提高、以及fMRI上看到的任务诱发激活下降相一致，说明刺激后网络可能进入了一种更高效、更节能的处理状态。

图 7 DCM内在连接与调制连接结果

3、不适反应与盲法情况

问卷分析显示，两种刺激条件下无显著不适差异（χ²<4.326，p>0.115）。受试者报告的皮肤异样感、刺痛、颈部不适、注意困难、困倦或头晕，多被归因于耦合凝胶、座椅或MRI扫描过程，而非超声刺激本身。约78%的受试者报告在两种刺激条件下均听到轻微点击/敲击声，但均不能辨别哪一次为对照刺激。该结果支持脑室刺激作为主动对照的有效性。

4、讨论与机制

该研究最重要的贡献在于，它在同一批受试者中同时提供了行为、神经化学、功能活动、有效连接和形态学五个层面的证据链。就结果的整体模式而言，研究证明了单次ATL靶向tbTUS并非仅引起单一指标改变，而是同时改变了局部代谢状态、网络连接模式和任务表现，这使其机制推断更具有说服力。

从局部机制看，GABA下降与Glx升高支持ATL局部兴奋—抑制平衡发生调整。实验结合既往动物研究及人类MRS/TMS研究，认为这种平衡变化可能与LTP/LTD样可塑性有关，并进一步解释了语义行为改善的神经化学基础。需要注意的是，MRS检测到的是体素层面的总代谢物信号，不能直接等同于突触水平神经递质释放，因此该机制应理解为“与可塑性相关的间接证据”，而非对细胞机制的直接验证。

从网络机制看，ROI-fMRI与DCM结果具有互补性。前者显示多个语义节点在任务中的局部激活下降，后者则显示基线促进性连接增强、任务期间输入ATL的调制连接增强。这意味着，ATL tbTUS后语义系统的运行方式可能发生了重新配置：网络基线耦合增强，而任务时ATL更偏向接收并整合来自其他节点的信息。研究将这一过程解释为快速适应性网络重组，这一解释与既往“perturb-and-measure”框架下的脑刺激研究相一致。

从结构结果看，单次刺激后即观察到左腹内侧ATL灰质体积指标升高，是本文另一值得重视的发现。实验结合动物文献与以往cTBS工作，提出该结果可能反映快速神经可塑性，例如树突整合、突触形态变化或局部胶质/血管成分改变。但由于VBM对短时程变化的生物学特异性有限，严格来说，这部分证据更适合表述为“与局部结构可塑性相关的形态学指标改变”。

综合而言，本文支持这样一个机制框架：ATL tbTUS通过调节局部兴奋—抑制平衡，改变语义网络节点间的有效连接和局部任务激活模式，并伴随形态学指标改变，最终促进语义任务表现。该框架的优势在于多模态证据相互指向同一结论；其不足在于，仍缺少对长期效应和细胞层面机制的直接证明。

5、研究局限性

第一，样本量相对较小，仅23名健康年轻成人，其中1名受试者未完成全部刺激条件，因此结果的稳定性和外推性仍需在更大样本中验证。

第二，虽然研究采用的tbTUS方案通常被认为偏向促进性效应，但既往研究已表明，其结果可能受到刺激参数、脑状态和任务情境影响。因此，“促进性效应”并非该范式的固定属性。

第三，MRS只能测量体素内GABA和Glx的总浓度，不能区分不同代谢池，也无法分离Glx中的谷氨酸与谷氨酰胺成分。因此，关于神经递质机制的解释仍有方法学边界。

第四，脑室刺激作为主动对照虽然具有较好合理性，并在盲法上表现良好，但若未来能同时加入假刺激或偏靶刺激，将进一步增强结论的特异性。

第五，该研究主要评估单次刺激后的短期效应，尚不能回答效应持续时间、重复刺激累积效应以及对临床人群是否具有相同作用等关键问题。

7、结论

该研究为理解TUS如何调节神经网络提供了基础性证据，显示其不仅能够改变腹内侧前颞叶的神经化学、结构和功能状态，还能够调节兴奋—抑制相互作用，并促进语义网络的适应性重组。通过这些变化，tbTUS能够增强语义记忆表现。研究认为，这些结果不仅推进了我们对语义记忆神经机制的理解，而且对开发新的神经调控治疗策略具有重要意义。由于TUS能够较为选择性地调节神经化学系统和功能连接，它有望成为一种新的认知增强和神经康复干预手段，特别适用于痴呆和其他神经退行性疾病等临床人群。

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研究背景

语义记忆依赖前颞叶，尤其腹内侧前颞叶的跨模态整合作用，但该区域位置较深、较腹侧，传统无创脑刺激较难精准调控。经颅聚焦超声刺激具有较高空间分辨率和深部靶向能力，因此可用于检验腹内侧前颞叶在语义记忆中的因果作用，并探索其神经化学、功能网络和结构可塑性机制。

研究目的

该研究旨在检验theta-burst经颅聚焦超声刺激靶向左侧腹内侧前颞叶后，是否能够增强语义任务表现；同时结合磁共振波谱、任务态fMRI、动态因果模型和VBM分析，系统评估该刺激对局部兴奋—抑制平衡、语义网络有效连接和脑形态学指标的影响。

研究方法

研究纳入23名健康年轻成人，采用交叉设计。每位受试者分别接受左侧腹内侧前颞叶刺激和左侧侧脑室主动对照刺激，间隔至少5天。刺激前后完成语义联想任务和图案匹配任务，并采集结构MRI、GABA编辑MRS和任务态fMRI，随后用GLM、ROI分析、DCM和VBM评估行为及脑影像变化。

研究结论

与脑室刺激相比，ATL靶向tbTUS显著提高语义任务正确率，但对控制任务无显著影响；同时伴随ATL内GABA下降、Glx升高及EIB增强，左腹内侧ATL灰质体积指标升高，语义网络多个ROI任务诱发激活下降，且有效连接模式发生重组。结果支持tbTUS可通过多层级神经可塑性增强语义记忆。

研究局限性

该研究样本量较小，且对象均为健康年轻成人，结果外推性有限。MRS只能反映GABA和Glx总体浓度，无法区分不同代谢池；脑室刺激虽为合理主动对照，但若增加假刺激或偏靶刺激会更有利于强化因果推断。此外，该研究主要观察单次刺激后的短期效应。

展望

未来可在更大样本、老年群体及临床患者中验证结果，并进一步开展纵向和重复刺激研究，以明确效应持续时间和累积效应。同时可结合更精细的代谢成像、网络分析和临床表型，评估经颅聚焦超声在语义障碍、痴呆及其他神经退行性疾病中的转化潜力。

解读 | 李佳骏

审核 | 柴逸凡

参考文献：

Jung, J., Atkinson-Clement, C., Kaiser, M. & Lambon Ralph, M. A. Transcranial focused ultrasound stimulation enhances semantic memory by modulating brain morphology, neurochemistry and neural dynamics. Nat Commun 17, 2833 (2026).