我们知道，大脑内神经元最重要的活动方式是通过动作电位传递信息。因此用直流电刺激能影响大脑的功能，深部脑组织电刺激也成为一种治疗帕金森等疾病的重要临床手段，不过脑刺激技术价格比较昂贵，对患者会造成损伤，有时候也没有效果。

电场和磁场存在密切的关系，根据基本电磁场理论，利用脉冲磁场能使目标导体产生感应电流，那么这意味着用脉冲磁场可以作为刺激神经活动的工具。经颅磁刺激技术就是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统（主要是大脑），改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。2008年，美国FDA批准经颅磁刺激用于药物难治性抑郁症的治疗。

经颅磁刺激技术好处是无创伤性，缺陷是不能非常准确地定位。最近科学家利用纳米技术，将有磁性的金属纳米颗粒通过血液运输到大脑特定部位，然后通过外加磁场使这种磁性产生对目标神经元兴奋的调节作用，经过动物光遗传学技术证明，这种技术可以实现准确的神经元操作的目的，这种技术的设计思想非常新颖，能无创伤地对在体神经元进行准确地干预，将不仅能加速神经科学研究的发展，而且经过一定技术开发将会成为一种非常有前景的临床治疗手段。

NIH应用科学技术研究所某项目组长Antonio Sastre认为这个方法毫无损伤，是非常聪明而且被证明可行的方案。

麻省理工学院材料学家Polina Anikeeva所以会产生用磁场控制神经元的思路，得益于他在斯坦福大学神经科学家Karl Deisseroth实验室工作时，对Deisseroth使用的光遗传学的熟悉。科学家近年使用这种光遗传学，通过将光敏感离子通道转到神经细胞内，然后用光线对特定神经进行激活和关闭。光遗传学技术是神经科学革命性的技术，因为这种技术使神经科学家能直接操作特定神经元回路的活动。但是，这种方法理论上不适合人类这种脑容量比较大的动物大脑的操作。而且这种技术需要对目标动物的神经元进行基因修改，以获得对光线敏感的离子通道。光线在脑组织内也容易发生散射。所以，即使动物实验，也必须给动物手术植入一个光纤，以把刺激光线输送到科学家希望研究的脑组织。

低频磁场比光线具有更强大的穿透能力，脑组织对磁场来说甚至可以说毫无障碍或者类似透明，这是磁场的最突出优点。Anikeeva说，为制造一种能将磁场无创定位输送到特定脑组织（有创也可以），过去临床上一直尝试用线圈放置在患者头部。就是前面所介绍的经颅磁刺激技术，但是经颅磁刺激技术只能对大脑表面组织进行有效刺激（是否可采用类似伽马刀的聚焦技术？），Anikeeva为克服光遗传学技术和经颅磁刺激技术存在的不足，决定尝试用纳米磁颗粒解决这个问题。

在肿瘤学研究中，科学家曾经给肿瘤组织注射纳米磁颗粒，这种颗粒的成分是氧化铁，这种颗粒具有很好的磁性，这种颗粒其实就是一些纳米小磁铁。科学家利用这些纳米磁颗粒，能快速加热和摧毁肿瘤细胞。Anikeeva希望利用这种材料作为刺激神经元的手段。

她和同事选择了一组蛋白质TRPV1，这种蛋白是一种离子通道蛋白，在神经细胞上，对热和化学物质敏感，其实就是痛觉敏感离子通道。当人接触到太热的物体或吃辣椒的时候，这个通道就会被激活，导致神经放电，引起疼痛的感觉。Anikeeva等将20纳米大小商业化氧化铁纳米磁颗粒，直接注射到动物腹侧被盖区。腹侧被盖区是两条主要的多巴胺神经通道的一部份。科学家认为与神经生物学理论中的成瘾现象有关，也可能与回避作用及恐惧制约有关。该脑区与成瘾和抑郁症的发生关系密切。

TRPV1神经元也广泛分布在人类的这一脑区，但是小鼠十分少见。于是，Anikeeva等通过注射病毒以提高该离子通道在该区域的表达。几天后，将动物放于一种商业化6.35厘米直径的线圈，这种线圈可以释放磁场波，频率从10赫兹到10豪赫兹改变。几小时后处死动物，对脑组织进行病理学观察。小鼠是一种基因工程动物，能用绿色荧光蛋白纪录任何神经元的活动。研究发现，以腹侧被盖区为枢纽的神经通路被激活，这说明磁场能有效激活神经回路。该研究论文刚刚在线发表在《科学》上。

这个研究当然不错，不过似乎属于对过去磁场刺激技术的修改版本，就类似用影像学技术中的造影剂，能提高技术的使用范围，但并没有彻底的革新。或许将来有人能发现或设计出对磁场敏感的特异离子通道，就好像现在使用的光遗传学技术一样，那么就可以建立一种新的技术：磁遗传技术。

http://www.sciencemag.org/content/early/2015/03/11/science.1261821/suppl/DC1