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深部脑刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)问世以来,已经帮助成千上万的帕金森病、肌张力障碍和强迫症患者重获生活质量。过去的研究多聚焦在“刺激哪个脑区、刺激多强”上,然而大脑并非一个静态器官,而是一个不断重构、实时调整的动态网络。传统DBS就像“持续开着的电源开关”,刺激信号固定、无法响应患者的即时状态。近年来兴起的自适应DBS(adaptive DBS, aDBS)通过检测脑内信号变化自动调整刺激,已经让治疗更加“聪明”;而新的研究方向——自适应回路定位(adaptive circuit targeting)——则更进一步,尝试直接针对动态神经网络中的特定回路进行调控。

为何仅刺激还不够?脑电路需整合控制

要理解这项工作的重要性,必须先看清DBS的发展脉络。传统DBS是一种“开环”系统,无论病人的运动状态或情绪状态如何变化,电极都以固定频率刺激目标区域(如丘脑下核STN或苍白球GPi),这种方式往往能缓解症状,却容易引发副作用,比如动作迟缓、言语障碍等。为了让刺激更具选择性,自适应DBS应运而生——它通过检测大脑中的特定神经振荡来判断何时启动或关闭刺激,实现闭环控制,从而在降低副作用的同时提升疗效。

但作者指出,仅靠“自适应”还不够。真正的问题是,大脑症状往往不局限于单一区域,而源于一个功能性神经回路的失调。以强迫症为例,病变涉及前额叶、扣带皮层、纹状体、丘脑等多区域间的环路;仅刺激某个核团,可能只能触及问题的“一个节点”。因此,新一代的DBS研究正向“回路导向(connectomic DBS)”迈进——利用脑影像和连接组数据,找出与症状改善最相关的网络结构,设计出精准的“刺激通路”。

在这样的背景下,作者提出一个整合的愿景:将自适应调控与回路导向融合,形成“自适应回路定位”框架。这意味着未来的DBS不仅能检测患者的脑活动状态,还能在症状波动时动态选择最合适的神经回路进行刺激,实现“何时刺激 + 刺激哪条通路”的双重自适应。

融合自适应和连接组 DBS
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融合自适应和连接组 DBS

论述:让刺激“懂得选择”

这篇论文虽然是一篇综述与展望性研究,但提出了极具前瞻性的技术路线和早期验证结果。研究团队首先回顾了近年来在aDBS和connectomic DBS领域的关键实验,并以此为基础勾勒出自适应回路定位的核心逻辑框架。

在aDBS方面,研究者展示了闭环调控在临床中的可行性。例如,通过植入可感知电极与刺激器,实时检测如 STN(下丘脑核)或 GPi(苍白球内段)的 β 波,动态调整刺激。

与此同时,回路导向DBS借助结构与功能连接组学技术,已能在影像层面识别出影响症状改善的特定通路。研究发现,在帕金森病、抑郁症及强迫症等疾病中,刺激电极的位置并非唯一决定因素,反而是“刺激电流影响到的神经纤维走向”才是疗效关键。借助DTI(扩散张量成像)和fMRI(功能磁共振)技术,科学家可以绘制出每个患者独特的脑网络地图,预测哪条白质束的激活最有可能带来症状改善。

针对深部脑刺激的自适应电路
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针对深部脑刺激的自适应电路

作者指出,真正的突破在于将这两者融合:在未来的自适应回路定位系统中,设备将同时监测症状相关生物标志物(如神经振荡、皮层节律、心率变异等),并实时匹配这些状态所对应的“病理回路”;随后,刺激信号将自动切换至当前最优的通路目标。例如,在帕金森病患者运动冻结发作时,系统可检测到皮层与丘脑之间的异常耦合模式,自动增强STN–皮层通路的刺激;当患者情绪低落时,则可转而调节内侧前额叶–伏隔核回路。

作者引用了多个早期动物实验与小样本临床研究的数据,显示这种“状态-回路”联动策略确有潜力:部分患者在动态调节方案下,症状波动显著减轻,刺激功率降低约40%,同时患者主观体验更自然,说明这种方法能更好地“顺应”大脑的节律。

脑机接口正在学习大脑的节奏

这项研究的提出,为DBS和脑机接口未来的发展指明了一个方向——不再仅仅是控制一个区域,而是理解并引导整个神经网络的协同活动。正如大脑在日常活动中不断根据环境反馈调整神经连接,自适应回路定位系统也在模仿这一过程:它能识别当前状态、选择最佳路径、实时修正输出,从“干预”大脑走向与大脑“共振”。

从脑机接口的角度,这种思路极具启发性。未来的BCI系统或许不再局限于“读取意图”,而是能解析并参与大脑网络间的信息流动。它们可以在大脑过度同步化时打破僵局,在功能网络失衡时重新配对,让设备成为神经调节的伙伴,而非外来干预者。这种“学习大脑的学习方式”的理念,将成为下一代智能神经接口的核心。

来源:nature reviews neurology

论文DOI:10.1038/s41582-025-01131-5