患有严重帕金森氏症或其他神经系统疾病的人会出现难以控制的症状，如无法控制的颤抖、肌肉痉挛、癫痫、强迫性思维和强迫行为，有时会在大脑中放置电刺激器来治疗。这样的刺激物被设计来中断引起衰弱症状的异常信号。这种疗法，即深部脑刺激，可以缓解一些人的症状。但在另一些情况下，它可能会导致副作用，如记忆衰退、情绪变化或失去协调性，症状却没有明显改善。
现在，圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员的一项研究可能有助于解释为什么大脑深部刺激的效果会有如此大的差异，并为改善治疗指明了方向。这些刺激物通常被植入到丘脑和基底神经节等靠近大脑中心的结构中。研究人员发现，这些结构充当中枢，控制运动、视觉和其他大脑功能的神经网络在这里交叉并交换信息。研究人员说，每个人的功能网络的位置都有所不同，所以电极放置在同一个解剖点可能会影响不同人的不同网络——减轻一个人的症状，但不会减轻另一个人的症状。
研究结果发表在12月10日的《神经元》杂志上。
“我们针对大脑深部刺激的部位是偶然发现的，”研究报告的合著者、医学博士斯科特·诺里斯(Scott Norris)说。“有人在大脑的某个特定部位中风或受伤，例如，他们的震颤突然变好了，所以神经科医生得出结论，瞄准这个部位可能会治疗震颤。”我们从未真正有过个性化治疗的方法，也从未想过是否有更好的网站，对更多人有效，副作用更少。”
神经外科医生缺少的是个性化的丘脑和基底神经节的脑功能地图。这些结构连接着大脑的远端部分，并与神经和精神疾病相关，如帕金森病、图雷特综合症和强迫症。但它们位于大脑深处，这意味着绘制地图在技术上具有挑战性，需要大量的数据。
尼克,医学博士,神经病学助理教授和这项研究的资深作者,连同co-first作者迪安娜格林,精神病学助理教授、放射学和斯科特•Marek博士,博士后研究员,和其他同事着手创建单个地图功能网络的基底节和丘脑。他们推断，这样的图谱可能会提供线索，解释为什么患有神经和精神疾病的人会表现出如此广泛的症状，以及为什么放置在这些结构中的电极会产生不同的结果。
专门研究图雷特综合症的格林说:“脑深部电刺激是一种侵入性很强的治疗方法，只适用于困难、严重的病例。”“所以很难应对这样一个事实，即这种侵入性治疗可能只会在一半的时间里帮助一半的人。”
研究人员利用华盛顿大学(Washington University)一组科学家的数据，分析了10名受试者的10小时核磁共振(MRI)脑部扫描数据。这些科学家是所谓的午夜扫描俱乐部(Midnight Scan Club)的成员。在此基础上，他们根据每个人的功能网络创建了彩色的3D地图。其中一个功能网络与视觉有关，两个与运动有关，两个与注意力有关，三个与目标导向行为有关，最后一个网络是默认网络，当大脑处于休息状态时，这个网络是活跃的。
研究人员发现，每个功能网络都沿着自己的路径穿过大脑的深层结构，在特定的交汇点与其他网络混合。其中的一些点——比如运动整合区，在这里运动和目标导向的网络结合在一起——在所有10个人身上的位置基本相同。其他网络的位置及其交点在人与人之间的差异更大。
多森巴赫说:“我向一位神经外科医生展示了我们发现的运动整合区，他说，‘哦，那是我们为特发性震颤放置电极的地方，它总是管用。’”多森巴赫同时也是职业治疗、儿科和放射学的助理教授。患有特发性震颤的人会经历无法控制的颤抖。“这很有趣，因为就运动整合区的位置而言，人与人之间并没有太多的差异。然后我们观察他们治疗帕金森氏症的靶点。我们发现，在功能性网络方面，人与人之间存在很大的差异，而大脑深部刺激在这方面的成功率只有40%到50%。”
这些发现表明，深部脑刺激的结果可能反映了神经外科医生如何成功地利用正确的功能网络，并避免利用错误的功能网络。
“历史上，我们对深部脑刺激的理解是基于许多人的平均数据，”诺里斯说。“这项研究表明，如果把输电线与患者的个人大脑功能图联系起来，而不是与人群平均水平联系起来，那么患者的情况可能会更好。”一个个性化的功能地图——而不是我们今天使用的解剖地图——可以帮助我们把一根电线放在准确的位置，给病人带来最大的好处。”
研究人员目前正在研究个体功能网络的位置与脑深部刺激的结果之间的关系，以确定当受到刺激时提供缓解的神经网络和产生副作用的神经网络。在未来，研究人员希望能更深入地研究具有治疗效果的神经网络，寻找其他可能比传统电极放置位置效果更好的位置。
“我做的很多事情都是基础科学——了解大脑是如何工作的，”多森巴赫说。“但现在我们可以绘制出一幅地图，并将其交给神经外科医生，有可能改善对这些毁灭性疾病的治疗。”我们仍然需要证明大脑深层刺激的结果与功能网络有关，翻译需要时间，但这确实可以改变人们的生活。”
Greene DJ, Marek S, Gordon EM, Siegel JS, Gratton C, Laumann TO, Gilmore AW, Berg JJ, Nguyen AL, Dierker D, Van AN, Ortega M, Newbold DJ, Hampton JM, Nielsen AN, McDermott KB, Roland JL, Norris SA, Nelson SM, Snyder AZ, Schlaggar BL, Petersen SE, Dosenbach NUF。基底节区和丘脑的整合性和网络特异性连通性。神经元。2019年12月10日。DOI: 10.1016 / j.neuron.2019.11.012
这项工作由美国国立卫生研究院(NIH)支持，资助编号为MH104592、MH100019、NS088590、MH100872、MH112473、MH002920、NS110332、1P30NS098577和HD087011;雅可布基金会，资助编号2016121703;儿童神经学基金会;麦克唐奈系统神经科学中心;神经疾病的希望中心;以及美国退伍军人事务部临床科学研究与发展服务处，拨款编号1IK2CX001680。
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教员也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣约瑟夫医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位，在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作，医学院与BJC HealthCare建立了联系。
最初由医学院出版
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://source.wustl.edu/2019/12/why-doesnt-deep-brain-stimulation-work-for-everyone/