2019年07月31日发布 | 877阅读

临床大脑刺激术适应性调控的生物电指标

陈宇昆

空军军医大学唐都医院

李楠

空军军医大学唐都医院

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美国德克萨斯州安德森癌症中心神经外科的Kimberly B. Hoang等回顾临床上与各种大脑刺激技术相关的生物电指标研究的新进展,文章发表于2019年4月的《Neurosurgery》在线上。

——摘自文章章节


【Ref: Hoang KB & Turner DA. Neurosurgery. 2019 Apr 8. pii: nyz096. doi: 10.1093/neuros/nyz096. [Epub ahead of print]】


研究背景



颅内或颅外刺激均可调控与疾病相关的特定神经网络,作用于大脑多个脑区,促进临床症状改善。是否可采用与疾病相关的特异性生物电指标用以评价临床效果,客观地解释术后不同疗效的机理,并可通过电极定位和动态控制,实现自动调整刺激参数,提高疗效和减少副作用。美国德克萨斯州安德森癌症中心神经外科的Kimberly B. Hoang等回顾临床上与各种大脑刺激技术相关的生物电指标研究的新进展,文章发表于2019年4月的《Neurosurgery》在线上。


研究结果



作者认为,理想的生物电指标应具有以下特征:与临床症状直接相关、可动态地反映疾病状况、信号采集误差小、耐用稳定、特异性强(能从“噪声”中分离和区分疾病信号与正常信号)、并能根据不同个体及其动态变化进行调整。


作者总结目前各类疾病生物电指标的研究应用情况:

癫痫:颅内刺激,包括反应性神经电刺激和脑深部电刺激(DBS)治疗癫痫,其生物电指标为脑电图、皮质脑电图和深部电极,可采集同步性和兴奋性异常数据。颅外刺激,迷走神经电刺激的生物电指标为发作前心动过速。

帕金森病:脑深部电刺激是帕金森病神经调控治疗的主要方法,而不同症状可能对应不同生物电指标。皮质-基底节-丘脑环路的β频段振荡是运动迟缓的生物电指标。皮质β振荡与高频叠加振荡间的相位振幅耦合,可作为僵直和运动迟缓的生物电指标。目前研究发现,脊髓神经电刺激(SCS)可改善帕金森病患者步态,SCS诱发电位是该疗法的生物电指标。

抽动秽语综合征:丘脑中央核和苍白球内侧DBS是抽动秽语综合征的外科治疗方法。术中电生理监测表明,丘脑低频爆发放电与疾病临床表型相关。

特发性震颤:丘脑腹中核是DBS治疗震颤的重要靶点。研究发现,DBS电极附近记录到的电刺激诱发复合动作电位(evoked compound action potential,ECAP)与震颤症状相关,但个体间变异大而且长时间后信号容易改变。肌电图和可穿戴加速装备可作为外周的生物电指标。

阿尔茨海默病:刺激的作用环路尚不明确,穹窿DBS刺激的效果很有限。海马诱发电位可用于穹窿DBS程控的参考。

抑郁症:作用靶点包括膝下扣带回和腹侧纹状体等,小样本研究显示DBS有良好效果,但较大样本研究结果不理想。大脑纤维束检测有助于电极定位,最理想的靶点是膝下扣带回附近的白质交叉。

五种刺激控制模式:①连续性刺激,以恒定的刺激量持续刺激(图A)。②间隙性定时刺激,在固定的时间段内开启或关闭刺激,可减少不必要的刺激并可保持刺激的敏感性(图B)。③反应性刺激,输入信号超过阈值而触发预设固定的刺激(图C)。④适应性刺激,持续监测某生物电指标,并根据其变化调整刺激时长和强度(图D)。⑤闭环刺激,如脑机接口,对多维输入信号进行处理后快速反馈输出(图E)。闭环刺激有多个设定值,并根据反馈的数据进行快速动态的参数调整。目前闭环刺激除主要用于运动障碍疾病的研究中,也推广到精神病学的探索上。

图1. DBS刺激控制模式。A.连续性刺激;B.间歇定时刺激;C.反应性刺激;D.适应性刺激;E.闭环刺激;F.以帕金森病为例的刺激模式图。


结论



作者最后认为,研究疾病的生物电指标需要神经外科医生的参与,大脑刺激术的生物电指标临床应用价值重大。

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