人脑连接组和功能障碍组：定位功能失调的大脑神经回路 探索深部脑刺激治疗目标区域

研究人员绘制了与帕金森氏症、肌张力障碍、强迫症和妥瑞氏症相关的大脑功能失调回路，发现了有效的深部脑刺激(DBS)治疗的目标区域。这一突破不仅提高了深部脑刺激的精度，还为非侵入性神经调节方法开辟了可能性。

　　

研究人员使用深部脑刺激来定位被破坏的神经回路。

当大脑中的某些连接出现故障时，就会出现帕金森病、肌张力障碍、强迫症(OCD)和图雷特综合症等症状。刺激大脑的特定区域可以帮助减轻这些疾病的症状。为了确定大脑的确切治疗目标区域，Charité大学和布里格姆妇女医院的研究小组分析了来自全球各地接受了微型电极植入来刺激大脑的患者数据。研究结果是一张独特的人类“功能障碍组”图谱——各种神经性疾病中被破坏的大脑网络图，现已发表在《自然神经科学》杂志上。

神经和神经精神疾病表现为广泛的不同症状，从情绪和信息处理障碍到运动缺陷。但它们确实有一个共同点:它们都可归因于大脑特定区域之间的连接故障。简而言之，当大脑回路功能失调时，它们可能会对大脑回路通常执行的功能起到“刹车”的作用。深部脑刺激(DBS)针对这些类型的故障电路，可以帮助缓解不同区域的症状。在这种神经外科方法中，小电极被植入精确定义的目标大脑区域。然后，电极长期向周围组织发射微弱的电脉冲。刺激效应沿着神经通路传播到更远的大脑区域，以充分发挥其作用。但刺激并不总是成功的。即使电极放置的微小差异也会导致治疗效果减弱。

在治疗一系列症状时，需要刺激哪些特定的大脑回路才能达到最佳效果，这是由布里格姆妇女医院的神经科学家Andreas Horn教授和Ningfei Li博士领导的一个国际团队想要探究的问题。李博士说:“我们的目标是更好地了解大脑中有哪些可以通过神经调节释放的‘刹车’（连接故障），能帮助帕金森病的症状正常化。

大脑连接组学和人类“功能障碍组“

通过深部脑刺激 (DBS) 研究大脑连接组学，可用于识别与成功的神经调节疗法相关的回路。这种潜力源于对患者身上不同位置的电极激活的结——构连接进行建模，并将调制连接与症状改善联系起来。有效的深部脑刺激 (DBS)的作用有点类似于“功能性病变”——下调与神经系统或神经精神症状相关的功能失调网络。通过分析对 DBS 干预表现出最有利反应的回路，可以增进对与特定疾病中的功能障碍相关的精确大脑回路的理解。作者将这种方法定义为人类“功能障碍组”，即在特定的大脑疾病中被破坏的一组连接，并且可以通过成功的神经调节来缓解。

研究小组分析了全球261名患者中所植入534个DBS电极的数据。在这个队列中，70名患者被诊断为肌张力障碍，127名患者被诊断为帕金森病，50名患者被诊断为强迫症，14名患者被诊断为妥瑞氏综合征。利用该团队开发的软件，研究人员重建了每个电极的精确位置。然后使用计算机模拟来绘制在获得最佳或次优治疗结果的患者中激活的神经束。

利用这些结果，他们能够识别出在四种疾病对应的功能失调的特定大脑回路。这意味着作为第一步，研究人员已经成功地定位了前脑和中脑的对治疗这4种疾病有效的确切神经网络。将同样的方法应用于具有不同症状的疾病，逐渐能得出一个图谱，表明特定的大脑回路如何与某些症状相关联。“与基因组(genome)类似，‘连接组’（connectome)和）描述了大脑中存在的所有神经连接的综合图谱，‘基因组’用于描述生物体中发现的全部遗传信息，我们创造了‘人类功能障碍组’(dysfunctome)这个术语。”Hollunder解释说:“有一天，我们希望功能失调组能够描述整个大脑回路，这些回路可能会因为网络障碍而变得功能失调。”

在研究过程中治疗的初步成功

Charité大学爱因斯坦神经科学中心(Einstein Center for neuroscience)的博士研究员、该研究的第一作者Barbara Hollunder说:“我们发现的（四种疾病中受影响的）神经回路部分重叠，这对我们来说意味着，所研究的症状所反映的故障并非完全独立于彼此。”

研究人员的发现已经使最初的几个病人受益。例如，微调和精确的电极放置使得减轻严重的、难治性强迫症的症状成为可能。李博士展望未来说：“我们计划改进这项技术，更精确地针对特定症状的功能失调的大脑回路。例如，我们可以分离强迫症中涉及强迫或强迫的回路，或这些患者中常见的其他共病症状，如抑郁症和焦虑症，以进一步个性化治疗。”

研究人员还认为，大脑的不止一个区域可能对特定症状的改善负责。他们怀疑神经网络本身传递治疗效果，这种效果可以从大脑的各个点进行调节。这意味着这项研究不仅为针对性的神经外科治疗提供了有价值的见解，而且还可能启发非侵入性神经调节方法，如经颅磁刺激(TMS)，在这种方法中，磁场被用来从大脑外部刺激大脑的某些区域，而不需要手术。