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清华和哈佛两个团队在脑深部电刺激治疗帕金森病的机制研究上取得进展


清华新闻网10月9日电 近日,清华大学航天航空学院李路明课题组与哈佛大学医学院刘河生课题组合作,利用最新研制的3.0T磁共振兼容的脑起搏器,报道了帕金森病患者在长期脑起搏器刺激下的功能磁共振影像分析结果。这项研究首次发现了响应丘脑底核电刺激的两条包含小脑的神经通路,并阐明了它们各自在频率敏感性与可塑性方面的特点,以及与帕金森病不同症状的关系,从而深入揭示了丘脑底核电刺激治疗帕金森病的脑功能机制,对开发新疗法、进一步改善患者生活质量等方面有重要的推动作用。

lol竞猜脑起搏器可以直接调控大脑不同的功能网络,在治疗神经系统疾病、精神类疾病中有着广泛的应用,尤其是丘脑底核电刺激能够长期、有效地改善帕金森病患者的运动症状,有关帕金森病的深部电刺激治疗获得了2014年的拉斯科临床医学奖。但是,脑深部电刺激的调控机制一直不是很清晰,限制了这一疗法的进一步推广。基于磁共振技术的脑功能成像为研究大脑调控的生理基础提供了可能性,然而由于植入电刺激器的患者在进行磁共振检查时存在明显的安全风险,很难对电刺激疗法起效的具体机制进行深入探究,很大程度上限制了脑起搏器的进一步发展和应用。

A图为刺激电极植入后的定位结果;B图为周期性的电刺激模式;C图为单个病人大脑中的功能磁共振信号记录结果。

为了解决上述问题,航天航空学院李路明团队历经10年时间设计制造了首个3.0T磁共振兼容的脑起搏器系统,并联合北京天坛医院张建国团队、北京协和医院郭毅团队、齐鲁医院徐淑军团队成功在天坛、协和、齐鲁三家医院完成14名帕金森病患者的植入手术,并进行了为期一年的基于磁共振的脑功能研究。在本次研究中,刺激器植入人体后会周期性地刺激患者的丘脑底核,同时用功能磁共振的方法同步记录大脑的即时响应,结合刘河生团队开发的最新的磁共振信号处理技术,可以准确定位出大脑中那些对电刺激做出响应的功能网络,实现了对脑深部电刺激调控的神经通路的刻画。

lol竞猜在本研究中,研究团队首先展示了功能磁共振对个体水平的神经通路的定位结果,验证了方法的可靠性;通过术后与术前功能磁共振的对比,首次发现了对电刺激作出不同响应的两条神经通路——分别是被电刺激激活的苍白球内侧部-丘脑腹外侧-小脑深部核团通路和被电刺激抑制的主运动皮层(M1)-壳核-小脑前叶通路。首次观察到小脑对脑深部电刺激作出响应时与大脑皮层、基底节核团之间的协同关系,揭示了两个小脑结构在治疗帕金森病中起到的重要作用。通过高频与低频刺激的对比、术后1月与12月的对比,发现了两条神经通路在频率选择性与可塑性上具有不同特点:其中苍白球通路对刺激频率敏感,但对治疗时间不敏感,该通路对高频电刺激有更强烈的响应,响应幅度在12个月内基本保持不变;M1通路则对刺激频率不敏感,但是对治疗时间敏感,在术后经过一段治疗后(>6月)才对刺激作出响应;表明两条神经通路不仅在空间上分立,在功能上也相互独立。尤为重要的是,论文研究表明新发现的两条神经通路分别与帕金森病患者的不同运动症状改善密切相关,这些结果在新疗法的开发与患者术后的刺激参数管理上有着重要的应用前景,有助于进一步提高帕金森病患者的生活质量。

A图表明苍白球通路对刺激频率有高度的选择性;B图表明M1通路在术后12月才会有明显的响应。

该研究于9月20日在线发表于《神经病学年鉴》(Annals of Neurology)期刊,论文题为“丘脑底核电刺激调控两条神经回路”(Subthalamic nucleus deep brain stimulation modulates two distinct neurocircuits)。清华大学航天航空学院博士生申伦豪和助理研究员姜长青为本文的共同第一作者,李路明教授与刘河生教授为本文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及深圳市国际合作研究项目的支持。

论文链接:

供稿:航院

编辑:李华山

审核:程曦

2020年10月09日 08:50:22  清华新闻网

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