清華新聞網(wǎng)10月9日電 近日，清華大學(xué)航天航空學(xué)院李路明課題組與哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉河生課題組合作，利用最新研制的3.0T磁共振兼容的腦起搏器，報(bào)道了帕金森病患者在長(zhǎng)期腦起搏器刺激下的功能磁共振影像分析結(jié)果。這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)了響應(yīng)丘腦底核電刺激的兩條包含小腦的神經(jīng)通路，并闡明了它們各自在頻率敏感性與可塑性方面的特點(diǎn)，以及與帕金森病不同癥狀的關(guān)系，從而深入揭示了丘腦底核電刺激治療帕金森病的腦功能機(jī)制，對(duì)開(kāi)發(fā)新療法、進(jìn)一步改善患者生活質(zhì)量等方面有重要的推動(dòng)作用。
腦起搏器可以直接調(diào)控大腦不同的功能網(wǎng)絡(luò)，在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神類(lèi)疾病中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是丘腦底核電刺激能夠長(zhǎng)期、有效地改善帕金森病患者的運(yùn)動(dòng)癥狀，有關(guān)帕金森病的深部電刺激治療獲得了2014年的拉斯科臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。但是，腦深部電刺激的調(diào)控機(jī)制一直不是很清晰，限制了這一療法的進(jìn)一步推廣?；诖殴舱窦夹g(shù)的腦功能成像為研究大腦調(diào)控的生理基礎(chǔ)提供了可能性，然而由于植入電刺激器的患者在進(jìn)行磁共振檢查時(shí)存在明顯的安全風(fēng)險(xiǎn)，很難對(duì)電刺激療法起效的具體機(jī)制進(jìn)行深入探究，很大程度上限制了腦起搏器的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
A圖為刺激電極植入后的定位結(jié)果；B圖為周期性的電刺激模式；C圖為單個(gè)病人大腦中的功能磁共振信號(hào)記錄結(jié)果。
為了解決上述問(wèn)題，航天航空學(xué)院李路明團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10年時(shí)間設(shè)計(jì)制造了首個(gè)3.0T磁共振兼容的腦起搏器系統(tǒng)，并聯(lián)合北京天壇醫(yī)院張建國(guó)團(tuán)隊(duì)、北京協(xié)和醫(yī)院郭毅團(tuán)隊(duì)、齊魯醫(yī)院徐淑軍團(tuán)隊(duì)成功在天壇、協(xié)和、齊魯三家醫(yī)院完成14名帕金森病患者的植入手術(shù)，并進(jìn)行了為期一年的基于磁共振的腦功能研究。在本次研究中，刺激器植入人體后會(huì)周期性地刺激患者的丘腦底核，同時(shí)用功能磁共振的方法同步記錄大腦的即時(shí)響應(yīng)，結(jié)合劉河生團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的最新的磁共振信號(hào)處理技術(shù)，可以準(zhǔn)確定位出大腦中那些對(duì)電刺激做出響應(yīng)的功能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦深部電刺激調(diào)控的神經(jīng)通路的刻畫(huà)。
在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)首先展示了功能磁共振對(duì)個(gè)體水平的神經(jīng)通路的定位結(jié)果，驗(yàn)證了方法的可靠性；通過(guò)術(shù)后與術(shù)前功能磁共振的對(duì)比，首次發(fā)現(xiàn)了對(duì)電刺激作出不同響應(yīng)的兩條神經(jīng)通路——分別是被電刺激激活的蒼白球內(nèi)側(cè)部-丘腦腹外側(cè)-小腦深部核團(tuán)通路和被電刺激抑制的主運(yùn)動(dòng)皮層（M1）-殼核-小腦前葉通路。首次觀(guān)察到小腦對(duì)腦深部電刺激作出響應(yīng)時(shí)與大腦皮層、基底節(jié)核團(tuán)之間的協(xié)同關(guān)系，揭示了兩個(gè)小腦結(jié)構(gòu)在治療帕金森病中起到的重要作用。通過(guò)高頻與低頻刺激的對(duì)比、術(shù)后1月與12月的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了兩條神經(jīng)通路在頻率選擇性與可塑性上具有不同特點(diǎn)：其中蒼白球通路對(duì)刺激頻率敏感，但對(duì)治療時(shí)間不敏感，該通路對(duì)高頻電刺激有更強(qiáng)烈的響應(yīng)，響應(yīng)幅度在12個(gè)月內(nèi)基本保持不變；M1通路則對(duì)刺激頻率不敏感，但是對(duì)治療時(shí)間敏感，在術(shù)后經(jīng)過(guò)一段治療后（>6月）才對(duì)刺激作出響應(yīng)；表明兩條神經(jīng)通路不僅在空間上分立，在功能上也相互獨(dú)立。尤為重要的是，論文研究表明新發(fā)現(xiàn)的兩條神經(jīng)通路分別與帕金森病患者的不同運(yùn)動(dòng)癥狀改善密切相關(guān)，這些結(jié)果在新療法的開(kāi)發(fā)與患者術(shù)后的刺激參數(shù)管理上有著重要的應(yīng)用前景，有助于進(jìn)一步提高帕金森病患者的生活質(zhì)量。
A圖表明蒼白球通路對(duì)刺激頻率有高度的選擇性；B圖表明M1通路在術(shù)后12月才會(huì)有明顯的響應(yīng)。
該研究于9月20日在線(xiàn)發(fā)表于《神經(jīng)病學(xué)年鑒》（Annals of Neurology）期刊，論文題為“丘腦底核電刺激調(diào)控兩條神經(jīng)回路”（Subthalamic nucleus deep brain stimulation modulates two distinct neurocircuits）。清華大學(xué)航天航空學(xué)院博士生申倫豪和助理研究員姜長(zhǎng)青為本文的共同第一作者，李路明教授與劉河生教授為本文的共同通訊作者。該研究成果得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及深圳市國(guó)際合作研究項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ana.25906
供稿：航院
編輯：李華山
審核：程曦
