大脑是非常珍贵的，进化为其做出了大量工作帮助其免于损伤，最明显的就是我们拥有的7mm头盖骨，但大脑同时也被一种保护性的液体（脑脊液）以及名为脑膜的保护性外膜所包裹着，其二者都能够为大脑提供防御来抵御物理损伤。
另外一种保护性元件就是血脑屏障（blood–brain barrier），顾名思义，这是一种大脑血管（微血管）、细胞以及其它组成大脑组织之间的保护性屏障，由于大脑头盖骨、脑膜以及脑脊髓液能够保护大脑免于物理损伤，而血脑屏障能够为大脑提供一种防御机制来抵御血液中存在的诱发疾病的病原体和毒素等。
19世纪末，当德国研究者Paul Ehrlich将一种染料注射到小鼠血流中时，他发现了血脑屏障，让他非常惊讶的是，除了大脑和脊髓外，这种染料能够进入几乎小鼠机体所有的组织，研究者认为大脑和血液之间存在着一种屏障，指导20世纪60年代，研究者们才开始利用显微镜确定了血脑屏障的物理层结构。
研究者指出，血脑屏障的关键结构能够提供内皮细胞紧密连接的功能，内皮细胞位于所有血管内部，在形成血脑屏障的微血管中，内皮细胞会彼此紧密连接，形成所谓的紧密连接部结构。这种紧密的缺口仅能够允许小分子、脂溶性分子以及一些气体通过毛细血管壁，从而进入到大脑组织中；一些大分子，比如葡萄糖，则能够通过转运蛋白来获得准入证，转运蛋白能够扮演特殊“门”的角色，其仅能够为特殊的分子开门。
围绕在血管内皮细胞周围的是其它血脑屏障组分，这些组分并不会严格组织物质从血液进入大脑中，但却会同形成血脑屏障的细胞相互沟通来改变血脑屏障的选择性。
为什么我们需要血脑屏障？
血脑屏障能够保护大脑免于被循环的毒素或病原体损伤，同时其还能让关键的营养物质进入大脑组织；不仅如此，血脑屏障还能够帮助维持大脑中激素、营养物质以及水分相对稳定的水平，因此如果血脑屏障被损伤或者泄露会有什么影响吗？其中一种最常见的状况就是细菌感染，比如脑膜炎球菌病（meningococcal disease），脑膜炎球菌会同内壁结合，诱发血脑屏障的紧密连接部轻微张开，血脑屏障就会变成多孔结构从而允许细菌和其它毒素感染脑组织，从而诱发炎症甚至死亡。
有研究认为，血脑屏障的功能会在某些状况下降低，比如，在多发性硬化症中，不健全的血脑屏障会允许白细胞渗透到大脑中，并且攻击大脑组织中神经元细胞间的信息传递功能，这就会诱发患者大脑中神经元信号的传递等问题。
我们何时需要穿过血脑屏障？
一般而言，血脑屏障对于有效预防不需要的物质进入大脑非常关键，患者在治疗过程中，大量的潜在药物并不能直接跨越血脑屏障，这无意中就影响了研究人员对精神以及神经性障碍患者的治疗。一种可能性的解决策略就是哄骗血脑屏障使其对疗法中的药物放行，这就是所谓的“特洛伊木马方法”（Trojan horseapproach），利用这种方法，研究人员就能将药物融合到一种分子中，从而通过转运蛋白通过大脑的血脑屏障。
而另外一种方法就是利用超声波暂时打开血脑屏障。研究者通过对患有阿尔兹海默症的小鼠进行研究发现，利用超声波打开小鼠大脑的血脑屏障就能够改善小鼠的认知功能，并且减少小鼠大脑中积累的毒性斑块的水平。研究者认为，这或许是由于超声波的能力，并且结合一些可注入的微气泡，从而才能够实现短暂并且安全地打开血脑屏障，让保护性的血源性因子进入到大脑中发挥作用，更重要的是，这种方法并不会对大脑产生任何损伤。
在一项最新研究中，研究人员通过研究发现，通过短暂地开启血脑屏障，超声波就能够将更多的治疗性抗体“运送”入大脑中，从而就能够改善阿尔兹海默病样的病理学症状以及认知功能，而这种方法的效率远胜于仅利用超声波或抗体药物进行治疗。因此超声波或许能够作为一种潜在的工具来短暂安全地帮助克服非常有用但有时候却问题重重的血脑屏障；同时研究者还能够利用超声波来将药物运输到大脑中，从而更加有效地改善阿尔兹海默病等其它大脑疾病的疗法。
