【景昱-神经科学专栏】| 适配性深部脑刺激的研究进展
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【Ref: Arlotti M, et al. Parkinsonism Relat Disord. 2016 Jul;28:12-7. doi: 10.1016/j.parkreldis.2016.03.020.Epub 2016 Apr 2.】
近年来，神经生理学和工程学的发展促进DBS的个体化治疗，其中比较突出的是适配性DBS（adaptive DBS，aDBS）。它采用反馈控制原理，通过监测患者的临床症状参数，自动调节刺激强度，改善治疗效果，减小不良反应。意大利米兰IRCCS Ca' Granda基金会综合医院神经科学中心的Mattia Arlotti等回顾和总结aDBS临床应用研究进展，文章发表在2016年7月的《Parkinsonism and Related Disorders》杂志上。
aDBS的基本模型为闭环模式。通过检测患者临床症状参数，经分析计算得到最合适的DBS刺激参数，进行调控。其中，临床症状相应的参数是调控刺激强度的依据，可以说是整个aDBS系统设计的最核心部分；这些参数包括体表肌电图、加速度传感器、皮质脑电图、神经递质物质和基底节局部场电位等（图1）。
图1. aDBS系统模式图。sEEG：体表脑电图；iEEG：颅内脑电图；LFP：局部场电位；Acc：加速度传感器；sEMG：体表肌电图；ECoG：皮质脑电图；IPG：植入式脉冲发生器。
采用临床症状参数的体表肌电图（sEMG）和加速度传感器（Acc）监测患者震颤，以无线信号方式传输至DBS装置，调节刺激强度控制震颤。该技术优点在于无创监测，灵敏度高，无须对DBS装置和手术操作增加更多要求；缺点在于无线传输耗电高，体外传感器舒适性和稳定性较差；sEMG对于噪音控制要求较高，需要优质计算法。更重要的是，该方法仅对震颤有效，对运动迟缓、步态异常等症状无法监测。
大脑皮质脑电图（ECoG）是另一可选参数。ECoG在PD中的变化已有研究报道，认为PD患者初级运动皮质β、γ波相位--振幅耦合（PAC）状况与僵直的改善呈负相关；因此，PAC可作为僵直症状参数。Rosin等在MPTP诱导的PD猴模型中，监测初级运动皮质动作电位的ECoG变化，给予130 Hz电刺激内侧苍白球（GPi）时发现，苍白球异常放电明显减少，僵直症状得到显著改善，比持续DBS刺激的效果佳。该技术优点在于ECoG信号接收部位离刺激部位远，能减少干扰；缺点在于ECoG覆盖范围较大，ECoG的电极置入数量较多，增加手术步骤和植入物。
多巴胺等神经递质物质也可作为控制参数，但调控神经递质释放与症状改善的具体关系尚待研究，同时还需要解决延长特殊性监测电极的使用有效期问题。
基底节局部场电位（local fieldpotential，LFP）是目前研究最为深入的参数。LFP能记录局部神经元的集群振荡放电情况，可反映神经元活动的同步性。与脑电活动类似，LFP可被划分为多个频段，如极低频率（2-8Hz）、β频率（8-20Hz为α频率或低β频率，20-35Hz为高β频率）、γ频率（60-80Hz）和极高频率（250-350Hz）等。不同频段的信号强度与PD患者症状存在对应关系，可作为PD的临床症状参数应用于aDBS。目前对丘脑底核（STN）中LFP的β振荡研究最多，结果发现其与运动的准备和执行、运动减少和步态冻结相关，并可被左旋多巴、电刺激等所抑制。STN的LFP中低频振荡与异动症相关，α频率与步行速度相关，γ频率与促进运动相关。但是，STN中LFP的具体神经生理机制尚不清楚，β振荡并非见于所有PD患者，而且在静止和运动状态中β振荡相似。aDBS虽然能以振幅依赖的方式破坏β振荡，但仅对具有β振荡的PD患者有效，由此该方法的应用受到一定限制。
至今，LFP的aDBS最大样本量研究是8例进展性PD患者，通过监测STN的β振荡状况，决定DBS是否开启。研究结果显示，aDBS组患者运动症状改善率比传统的持续DBS组提高30%，而且更省电。主要问题在于LFP的监测均在围手术期或术后短期内进行，aDBS的远期效果和稳定性尚待验证。目前的临床研究结果支持LFP作为aDBS中的主要参数，其反映PD患者大部分的临床症状。但由于LFP在PD中的病理生理机制尚不清楚，还存在一定的不可预测性。目前的研究结果都是短期随访所得，尚需要长期随访证实。
综上所述，aDBS是未来临床上精准治疗帕金森病等运动障碍疾病的重要方向，但许多基础和技术方面的问题有待进一步研究。
（中国医学科学院北京协和医院刘子源编译，复旦大学附属华山医院花玮审校，《神外资讯》主编、复旦大学附属华山医院陈衔城教授终审）
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