Ultrasound Helmet Enables Non-Invasive Deep Brain Stimulation | Breakthrough in Parkinson’s Treatment

A team of researchers from UCL and the University of Oxford has unveiled a groundbreaking device that can stimulate deep brain regions without the need for surgery. The new ultrasound helmet could revolutionize how neurological disorders such as Parkinson’s disease, depression, and essential tremor are treated, while also providing scientists with new tools to study how the brain works.

The findings were recently published in Nature Communications, marking a milestone in the field of non-invasive brain stimulation.

Why Non-Invasive Brain Stimulation Matters

For years, scientists have searched for ways to safely modulate brain activity without relying on invasive procedures. Traditional methods like Deep Brain Stimulation (DBS) require surgery to implant electrodes into the brain — an effective but high-risk approach.

One promising alternative is transcranial ultrasound stimulation (TUS), which utilizes focused sound waves to modulate the way neurons (the brain’s communication cells) transmit signals. Until now, however, TUS devices lacked the precision to accurately reach deep brain structures without affecting larger, unintended areas.

The Ultrasound Helmet: A New Level of Precision

The newly developed ultrasound system changes the game. Key innovations include:

• 256 ultrasound elements inside a specially designed helmet.

• Ability to target brain regions up to 1,000 times smaller than conventional ultrasound devices.

• 30x greater accuracy than earlier deep brain stimulation systems.

• A soft plastic face mask that stabilizes the head for precise wave targeting.

This setup allows researchers to increase or decrease activity in very specific brain circuits without surgery, offering a level of precision previously thought impossible.

How the Device Was Tested

The team demonstrated the system on seven volunteers, focusing on the lateral geniculate nucleus (LGN), a small part of the thalamus that processes visual information.

• In one experiment, participants viewed a flashing checkerboard. While wearing the helmet, brain scans showed increased activity in the visual cortex, confirming accurate stimulation of the LGN.

• A second experiment revealed that activity levels in the visual cortex could be suppressed for up to 40 minutes after stimulation, showing the system’s ability to induce lasting effects.

Interestingly, participants didn’t consciously notice changes in their vision, but the fMRI scans confirmed significant shifts in neural activity.

Clinical Potential: Beyond Research

Experts believe this technology could transform treatments for conditions like:

• Parkinson’s disease – to reduce tremors and improve motor control.

• Depression – by precisely targeting mood-regulating circuits.

• Essential tremor – offering relief without surgical risks.

Unlike DBS, which requires permanent implants, the ultrasound helmet offers a non-invasive, safe, and reversible method of brain modulation. Clinicians may even use it as a trial tool to test brain regions before recommending surgery, or replace surgery altogether in the future.

Recognizing its potential, members of the research team have founded NeuroHarmonics, a UCL spinout company working on a portable, wearable version of the system for hospitals and therapeutic use.

Expert Insights

• Professor Bradley Treeby (UCL Medical Physics): “This advance allows scientists to non-invasively study deep brain circuits that were only accessible through surgery before. Clinically, it could reshape how we treat neurological and psychiatric conditions.”

• Dr. Eleanor Martin (UCL Medical Physics): “We designed the system to work with real-time fMRI monitoring, paving the way for personalized therapies and closed-loop neuromodulation.”

• Dr. Ioana Grigoras (Oxford Neurosciences): “This device represents a breakthrough in our ability to precisely target deep brain structures non-invasively. The clinical applications for Parkinson’s and beyond are enormous.”

Looking Ahead

While more research is needed to fully understand how TUS-induced neuromodulation works, this ultrasound helmet marks a paradigm shift in brain science. It holds the promise of:

• Safe and repeatable brain stimulation.

• New insights into how the brain controls thought, movement, and emotion.

• Non-invasive therapies for millions living with neurological and psychiatric conditions.

Final Thoughts

The development of a non-invasive deep-brain stimulation helmet could be one of the most important advances in neuroscience in decades. With its precision targeting, real-time monitoring, and clinical potential, this technology may one day replace invasive surgery for conditions like Parkinson’s disease, giving patients new hope for safer, more effective treatments.

بریک تھرو الٹراساؤنڈ ہیلمٹ غیر حملہ آور گہری دماغی محرک پیش کرتا ہے۔

یو سی ایل اور آکسفورڈ یونیورسٹی کے محققین کی ایک ٹیم نے ایک ایسے جدید آلے کی نقاب کشائی کی ہے جو سرجری کی ضرورت کے بغیر دماغ کے گہرے علاقوں کو متحرک کر سکتی ہے۔ نیا الٹراساؤنڈ ہیلمٹ اس بات میں انقلاب لا سکتا ہے کہ اعصابی عوارض جیسے کہ پارکنسنز کی بیماری، ڈپریشن، اور ضروری زلزلے کا علاج کیسے کیا جاتا ہے، جبکہ سائنس دانوں کو دماغ کے کام کرنے کے طریقہ کار کا مطالعہ کرنے کے لیے نئے اوزار بھی فراہم کیے جاتے ہیں۔

یہ نتائج حال ہی میں نیچر کمیونیکیشنز میں شائع کیے گئے تھے، جو دماغ کے غیر جارحانہ محرک کے میدان میں ایک سنگ میل کی حیثیت رکھتے ہیں۔

غیر ناگوار دماغی محرک کیوں اہمیت رکھتا ہے۔

برسوں سے، سائنسدانوں نے ناگوار طریقہ کار پر انحصار کیے بغیر دماغی سرگرمی کو محفوظ طریقے سے ماڈیول کرنے کے طریقے تلاش کیے ہیں۔ روایتی طریقوں جیسے ڈیپ برین اسٹیمولیشن (DBS) میں دماغ میں الیکٹروڈ لگانے کے لیے سرجری کی ضرورت ہوتی ہے - ایک مؤثر لیکن زیادہ خطرہ والا طریقہ۔

ایک امید افزا متبادل ٹرانسکرینیئل الٹراساؤنڈ محرک (TUS) ہے، جو کہ نیوران (دماغ کے مواصلاتی خلیے) سگنل بھیجنے کے طریقہ پر اثر انداز ہونے کے لیے مرکوز آواز کی لہروں کا استعمال کرتا ہے۔ تاہم، ابھی تک، TUS آلات میں بڑے، غیر ارادی علاقوں کو متاثر کیے بغیر دماغ کے گہرے ڈھانچے تک درست طریقے سے پہنچنے کی درستگی کی کمی تھی۔

الٹراساؤنڈ ہیلمیٹ: صحت سے متعلق ایک نئی سطح

نیا تیار کردہ الٹراساؤنڈ سسٹم گیم کو بدل دیتا ہے۔ کلیدی اختراعات میں شامل ہیں:

خاص طور پر ڈیزائن کیے گئے ہیلمٹ کے اندر 256 الٹراساؤنڈ عناصر۔

روایتی الٹراساؤنڈ آلات سے 1,000 گنا چھوٹے دماغی علاقوں کو نشانہ بنانے کی صلاحیت۔

پہلے کے گہرے دماغی محرک نظاموں سے 30x زیادہ درستگی۔

ایک نرم پلاسٹک چہرہ ماسک جو عین مطابق لہر کو نشانہ بنانے کے لیے سر کو مستحکم کرتا ہے۔

یہ سیٹ اپ محققین کو بغیر سرجری کے انتہائی مخصوص دماغی سرکٹس میں سرگرمی کو بڑھانے یا کم کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس سے پہلے ناممکن سمجھا جاتا تھا۔

ڈیوائس کی جانچ کیسے کی گئی۔

ٹیم نے سات رضاکاروں پر اس نظام کا مظاہرہ کیا، جس میں لیٹرل جینیکیولیٹ نیوکلئس (LGN) پر توجہ دی گئی، تھیلامس کا ایک چھوٹا حصہ جو بصری معلومات پر کارروائی کرتا ہے۔

ایک تجربے میں، شرکاء نے ایک چمکتا ہوا بساط دیکھا۔ ہیلمٹ پہننے کے دوران، دماغی اسکینوں نے بصری پرانتستا میں بڑھتی ہوئی سرگرمی کو ظاہر کیا، جو LGN کے درست محرک کی تصدیق کرتا ہے۔ایک دوسرے تجربے سے انکشاف ہوا کہ بصری پرانتستا میں سرگرمی کی سطح کو محرک کے بعد 40 منٹ تک دبایا جا سکتا ہے، جو نظام کی دیرپا اثرات پیدا کرنے کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔دلچسپ بات یہ ہے کہ شرکاء نے شعوری طور پر اپنے وژن میں تبدیلیوں کو محسوس نہیں کیا، لیکن ایف ایم آر آئی اسکینز نے اعصابی سرگرمیوں میں اہم تبدیلیوں کی تصدیق کی۔

کلینیکل پوٹینشل: تحقیق سے آگے

ماہرین کا خیال ہے کہ یہ ٹیکنالوجی حالات کے علاج کو تبدیل کر سکتی ہے جیسے:

پارکنسنز کی بیماری - جھٹکے کو کم کرنے اور موٹر کنٹرول کو بہتر بنانے کے لیے۔

افسردگی - موڈ ریگولیٹ کرنے والے سرکٹس کو ٹھیک ٹھیک نشانہ بنا کر۔

ضروری زلزلہ - جراحی کے خطرات کے بغیر امدادی پیش کش۔

ڈی بی ایس کے برعکس، جس کے لیے مستقل امپلانٹس کی ضرورت ہوتی ہے، الٹراساؤنڈ ہیلمٹ دماغی ماڈیولیشن کا ایک غیر حملہ آور، محفوظ، اور الٹنے والا طریقہ پیش کرتا ہے۔ معالجین سرجری کی سفارش کرنے سے پہلے دماغی علاقوں کی جانچ کرنے کے لیے اسے آزمائشی ٹول کے طور پر بھی استعمال کر سکتے ہیں - یا مستقبل میں سرجری کو مکمل طور پر تبدیل کر سکتے ہیں۔اس کی صلاحیت کو تسلیم کرتے ہوئے، تحقیقی ٹیم کے اراکین نے نیورو ہارمونکس کی بنیاد رکھی ہے، ایک UCL اسپن آؤٹ کمپنی جو ہسپتالوں اور علاج کے استعمال کے لیے سسٹم کے پورٹیبل، پہننے کے قابل ورژن پر کام کر رہی ہے۔

ماہر بصیرت

پروفیسر بریڈلی ٹریبی (UCL میڈیکل فزکس): "یہ پیشرفت سائنسدانوں کو غیر جارحانہ طور پر دماغ کے گہرے سرکٹس کا مطالعہ کرنے کی اجازت دیتی ہے جو پہلے صرف سرجری کے ذریعے ہی قابل رسائی تھے۔ڈاکٹر ایلینور مارٹن (یو سی ایل میڈیکل فزکس): "ہم نے سسٹم کو ریئل ٹائم ایف ایم آر آئی مانیٹرنگ کے ساتھ کام کرنے کے لیے ڈیزائن کیا، جس سے ذاتی نوعیت کے علاج اور کلوزڈ لوپ نیوروموڈولیشن کی راہ ہموار ہوئی۔" ڈاکٹر Ioana Grigoras (Oxford Neurosciences): "یہ آلہ دماغ کے گہرے ڈھانچے کو غیر جارحانہ طریقے سے نشانہ بنانے کی ہماری صلاحیت میں ایک پیش رفت کی نمائندگی کرتا ہے۔ پارکنسنز اور اس سے آگے کے لیے کلینیکل ایپلی کیشنز بہت زیادہ ہیں۔"

آگے دیکھ رہے ہیں۔

اگرچہ یہ سمجھنے کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے کہ TUS کی حوصلہ افزائی نیوروموڈولیشن کیسے کام کرتی ہے، یہ الٹراساؤنڈ ہیلمٹ دماغی سائنس میں ایک مثالی تبدیلی کی نشاندہی کرتا ہے۔ یہ وعدہ رکھتا ہے:

محفوظ اور دوبارہ قابل دماغ محرک۔

دماغ کس طرح سوچ، حرکت اور جذبات کو کنٹرول کرتا ہے اس بارے میں نئی ​​بصیرتیں۔

اعصابی اور نفسیاتی حالات کے ساتھ رہنے والے لاکھوں افراد کے لیے غیر حملہ آور علاج۔

حتمی خیالات

ایک غیر حملہ آور گہرے دماغی محرک ہیلمٹ کی ترقی دہائیوں میں نیورو سائنس میں سب سے اہم پیشرفت ہو سکتی ہے۔ اپنی درست ہدف بندی، حقیقی وقت کی نگرانی، اور طبی صلاحیت کے ساتھ، یہ ٹیکنالوجی ایک دن پارکنسنز کی بیماری جیسے حالات کے لیے ناگوار سرجری کی جگہ لے سکتی ہے، جس سے مریضوں کو محفوظ، زیادہ موثر علاج کے لیے نئی امید ملتی ہے۔