大脑能量的变化可以解释刺激的抗抑郁作用
深部脑刺激(DBS)已被证明是许多难治性抑郁症患者的有效治疗方法，但其确切工作原理尚不清楚。全世界的科学家都在竞相寻找脑起搏器治疗疗效的客观生物标志物，以便对这种实验方法进行优化、批准和推广给有需要的人。
新研究发表于11月3日转化精神病学，提出了新的证据，即在植入手术时，术中短暂暴露于治疗性刺激会诱导快速和一致的脑电生理状态变化——以刺激部位测量的β功率下降为指标。这些术中大脑状态的变化在个体受试者中可见，并且与在没有额外刺激的情况下，手术室外抑郁症状的显著和持续下降相关，将beta能量的降低作为DBS治疗优化的一种新的生物标志物。
本文的数据来自埃默里大学和西奈山伊坎医学院的一项合作研究。由海伦·s·梅伯格博士，西奈山神经治疗学教授和西奈山纳什家族先进电路治疗中心创始主任领导，这项研究是美国国立卫生研究院(NIH)正在进行的BRAIN计划资助的一部分。
脑深部刺激已被美国食品和药物管理局批准用于治疗原发性震颤、帕金森病、癫痫和强迫症。这是一种神经外科手术，包括放置一个神经刺激器(有时被称为“大脑起搏器”)，它通过植入大脑深处的电极向导致每种疾病症状的特定区域发送高频电脉冲。虽然仍是一种实验性的治疗方法，但胼胝体下扣带(SCC, 25区)的DBS，一个被认为在抑郁症中起主要作用的大脑区域，已多次被证明是一种有希望的干预措施，用于治疗耐药抑郁症患者。
在个体化的神经成像指导下，通过刺激这种定义明确的、手术靶向的抑郁回路，可以可靠地引发急性行为改变和长期抗抑郁反应。虽然在六个月的治疗过程中，DBS的临床效果已被反复证明，但不同患者的恢复时间存在差异。了解这些初始快速和可重复的行为效应的机制及其在预测更关键的长期反应轨迹中的作用将是有效治疗和未来研究设计的关键。
“我们发现，在手术室内进行几分钟的刺激后，β脑节律发生了变化。艾利森·c·沃特斯博士是伊坎西奈山精神病学和神经科学助理教授，也是该论文的共同第一作者，他说:“术后一周，表现出较大变化的患者抑郁症状得到了更大的缓解。”“β节律通常与大脑决定是否停止或继续进行一项行动有关，这就是为什么神经学家用DBS来治疗运动障碍。我们还没有明确的信号来针对抑郁症进行DBS，但现在我们可以推测β信号在这种情况下是如何发挥作用的:释放产生疲劳和迟缓的刹车，或者中断消极自我关注思维的习惯性循环。”
“我们能够利用机器学习和可解释的人工智能方法来探索大脑状态中未知的(隐藏的)变化，这将解释之前观察到的明显行为变化，”默罕默德·森迪(Mohammad Sendi)说，他是埃默里大学和佐治亚理工学院生物医学工程系的硕士研究生，也是该论文的共同第一作者。
8名难治性抑郁症患者在DBS铅植入手术期间在手术室进行了电生理记录。术前使用患者特异性牵引造影模型，研究人员确定了SCC内放置导线的“最佳”靶点。然后在手术室进行为期一小时的刺激，同时记录局部场电位(LFPs)——大脑深处神经元之间的电信号。随后使用机器学习分类方法区分基线记录的颅内lfp (stimulation-naïve)和在手术室内第一次暴露于刺激后记录的lfp。光谱输入(theta, 4-8Hz;α,9 - 121赫兹;beta, 13-30Hz)到模型，然后评估分类器成功的重要性，并作为抗抑郁药反应的预测指标进行测试。一周后观察到抑郁评分下降45.6%，这种早期抗抑郁反应与SCC LFP beta功率的下降相关，这对分类器的成功贡献最大。
“我们通常认为抑郁症的治疗需要数周到数月的时间，才能在疾病的核心临床特征上显示出稳定和有意义的变化，”梅伯格博士说。“这项研究显示，个别患者在手术室进行优化刺激的最初几分钟内，大脑读数发生了可重复和一致的变化。这为‘抑郁开关’提供了新的机制理解，它使患者从持续的精神痛苦和无法行动的状态中解脱出来，并恢复了活动和参与的能力。”
NIH BRAIN项目主任John Ngai博士说:“这项研究通过现有技术的进步为那些与抑郁症作斗争的人带来了希望。”“通过这些发现，我们在更好地理解使人衰弱的大脑和精神健康状况方面取得了巨大的进步，并期待着看到脑深部刺激将如何继续改善人们的生活。
“在进行DBS治疗期间，继续跟踪这些大脑状态生物标志物的研究正在纽约西奈山纳什家族高级治疗中心进行。这项为期5年的NIH BRAIN计划拨款的第二阶段目前正在招募新的受试者。
Mayberg博士接受Abbot神经刺激公司的咨询和授权费用。
参考:
桑迪MSE，沃特斯AC, Tiruvadi V，等。术中神经信号预测脑深部刺激的快速抗抑郁作用。Transl精神病学．2021; 11(1): 1 - 7。doi:10.1038 / s41398 - 021 - 01669 - 0
本文已根据下列材料重新发表。注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。
