利用它，医生可精确调整深部脑刺激的位置和“剂量”| Nature Comunnications

在一项提高深部脑刺激（DBS）对于治疗抑郁症等精神疾病疗效的新研究中，科学家发现，当深部脑刺激应用于特定的大脑区域时，它可以通过增加前额叶皮质的特定低频脑节律的功率来改善患者对其行为的认知控制。

当志愿者完成一项实验任务时，研究人员发现额叶皮层的theta节律（较暖的颜色）的功率急剧增加。图片来源：Wigde et. al.

于4月4日发表在Nature Comunnications 上的研究结果表明，脑电图（EEG）中很容易检测到的theta节律的增加，可以为神经外科和精神病医生提供可靠、客观和快速的反馈。这种反馈能够帮助医生精确调整深部脑电刺激的位置和“剂量”。

对于深部脑刺激运用最成功的帕金森病，医生可以通过患者震颤的减少来获得这种反馈。但对于抑郁症或强迫症，它们的症状可能出现得更微妙，主观和缓慢。

该论文的主要作者和通讯作者Alik Widge说：“这是精神病大脑刺激的一个重要进展。这项研究向我们展示了深层脑刺激改善患者大脑功能的一个具体机制，让我们更好地确定能受益的病人以及如何优化他们的个体治疗。“

Widge博士是明尼苏达大学医学院的精神病学助理教授, 他在担任麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的临床研究员和麻省总医院（MGH）的研究员时开始这项研究。

深层脑刺激提高认知控制

由麻省理工学院皮考尔神经科学教授Earl Miller和哈佛医学院的精神病学副教授、麻省总医院神经治疗部门主任 Darin Dougherty共同领导的研究小组发现，深层脑刺激应用于大脑的腹侧内囊和腹侧纹状体（VCVS）对于治疗强迫症和抑郁症显示出混合的结果。这两种病的一个共同特征是认知控制不足。

认知控制指通过有意识的个人意志来控制自动或习惯性行为（例如，克服反复出现的，抑郁症标志性的消极情绪）。前额叶皮质参与了认知控制，并且与穿过腹侧纹状体区的神经环路相关联。此外，theta节律被认为是前额叶皮层神经元用于同步并驱动其他区域神经元活动的一种方式。

因此，研究小组现有的假设是：深层脑刺激可能通过增加连接前额叶皮质和腹侧纹状体的关键认知控制环路中的theta节律来帮助患者，从而使皮质更有效地控制非典型情绪。研究人员推断，如果他们能检测到病人的theta节律，并通过深层脑刺激适度增强theta节律，也许病人的认知控制会增强。

为了验证他们的假设，研究人员招募了麻省总医院中14名志愿者。其中12人曾用深层脑刺激治疗抑郁症，另外两人用于治疗强迫症。研究人员给每个参与者一个“冲突”任务。

在这个任务中，参与者必须识别出三个数字中不同的那个数字（如“332”中的“2”），同时一个生动，容易引发情感的图像（如可爱的小狗或恶毒的鲨鱼）作为背景来分散注意力。识别唯一正确数字的反应时间更快意味着认知控制的增加。 

研究人员记录了受试者在测试时的脑电波，一次测试开启深部脑刺激，一次关闭深层脑刺激。他们发现，随着深层脑刺激的使用，人们更快地进行了选择（克服了“干扰”或情感图像的冲突）。两次测试的准确度没有差异，这意味着受试者没有为了更快的速度而牺牲准确度。

同时，皮层的theta节律显著增加和对腹侧纹状体的刺激和更快反应时间相关联。作者承认这项研究样本量相对较小。而且由于所有参与者都曾接受深层脑刺激治疗，不同参与者测试中脑刺激设置不同，因此需要更标准化的研究来验证实验结果。

Miller博士说：“这项研究证明了闭环刺激的价值。我们读取大脑中已经存在的自然节奏，然后通过刺激来增强它们。这表明大脑节奏在认知中起着作用，我们可以通过控制这些节奏来治疗认知缺陷。”

随着研究的进一步深入，theta节律可能可以作为一个生物标记物来校准用于认知控制缺乏导致的精神疾病的深层脑刺激治疗。

此外，对于通过对腹侧纹状体的深部脑刺激来个体化调节theta节律，可能为精神疾病提供新的治疗方法。新方法中认知控制和有意识地抑制反复出现的情绪或冲动是至关重要的。

Dougherty博士说：“目前的研究表明，深部脑刺激治疗会影响多种精神疾病中的特定症状，即认知灵活性。从症状层面来看，短期内可以通过观察深部脑刺激‘隐藏’的影响，来诊断其他精神疾病。长期来说，深部脑刺激能够促进更个性化的治疗方法。”

文章来源：

Picower Institute at MIT

参考文献：

A. S. Widge, S. Zorowitz, I. Basu, A. C. Paulk, S. S. Cash, E. N. Eskandar, T. Deckersbach, E. K. Miller, D. D. Dougherty. Deep brain stimulation of the internal capsule enhances human cognitive control and prefrontal cortex function. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-09557-4

作者信息

 

编译：coco （brainnews创作团队成员）

校审/排版：Simon （brainnews编辑部） 

题图：全景网

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