125% 的最佳治療強度，依瑞德光學腦機技術助力揭示意識障礙治療的“倒U型”黃金法則

在神經重癥監護領域，意識障礙（DOC）患者的治療一直是醫學界面臨的重大挑戰。這些患者如同被困在意識的灰色地帶，與外界溝通困難，有針對性的治療手段非常有限。

近年來，脊髓刺激（SCS）技術為這類患者帶來了新的曙光，但如何確定最佳刺激參數卻成為臨床治療中的關鍵難題。

首都醫科大學附屬北京天壇醫院何江弘教授團隊與北京信息科技大學司娟寧副教授團隊近期發表的一篇論文《Stimulation intensities influence the effects of spinal cord stimulation in disorders of consciousness:an fNIRS study》通過近紅外腦功能成像技術（fNIRS），首次系統揭示了脊髓刺激強度與腦血流反應之間的關系，為意識障礙患者的精準治療提供了重要科學依據。這項研究不僅發現了刺激強度的"黃金區間"，更能讓我們對神經調控機制有了更深層次的理解。

研究方法

被試

納入共11名意識障礙患者；

年齡范圍：18-62歲，平均年齡42.3±12.7歲、病程均超過28天、符合國際DOC診斷標準，并且已經植入SCS裝置。

被試基線特征

患者CRS-R評分7-17分，運動閾值強度2.0-7.0mA，具體臨床數據見文獻表1。

表1 意識障礙患者的臨床數據

實驗流程

根據被試個體達到的運動閾值（能夠引起上肢可見運動的最小刺激強度）的刺激強度分為四種：

• 低強度組（50%閾值）；

• 閾值強度組（100%閾值）；

• 中等強度組（125%閾值）；

• 以及高強度組（150%閾值）。

其他刺激參數包括70Hz的頻率和210μs的脈沖寬度。

實驗每個階段包括60秒基線后接四個分塊，每個分塊由30s刺激和120s間隔組成。每位受試者均接受 4 種強度測試。不同刺激組的順序隨機，每階段后有5分鐘休息期。

圖1

a：研究設計

b：fNIRS探頭排布

c：被試佩戴fNIRS光纖帽

fNIRS數據收集

在研究過程中，采用依瑞德集團的臺式激光近紅外腦功能成像系統BS-7000S對11名意識障礙患者，進行四種不同強度SCS時腦部血流動力學監測。

該設備采用690nm、830nm雙波長檢測，光纖帽按國際10-20標準，發射極和接收極排布為106通道，覆蓋全腦，在該研究中重點關注前額葉皮層（PFC）和顳頂聯合區（TPJ）的氧合血紅蛋白的濃度變化。

研究結果

1、整體血流動力學響應：倒U形劑量 - 反應曲線

四種強度刺激下，HbT濃度呈現明確的倒U形變化：

• 中等強度組（125%閾值）在刺激中（0-30秒）引發的血流動力學響應最顯著，峰值出現在15-20秒；

• 高強度組（150%閾值）響應稍弱，且刺激后出現負向響應；

• 閾值強度組（100%閾值）呈正向響應但幅度低于中、高強度組；

• 低強度組（50%閾值）響應微弱，部分腦區甚至出現HbT下降（TPJ區域刺激中HbT顯著低于基線，p=0.0483）。

2、不同腦區的特異性響應

前額葉皮層（PFC）

中、高強度組的HbT均值和峰值均顯著高于低強度組（p<0.01），且PFC對高強度耐受性更強，中、高強度組響應差異不顯著，提示PFC具有更寬的治療窗口。

顳頂聯合區（TPJ）

僅中等強度組HbT均值顯著高于低強度組（p=0.0104），高強度組峰值較中等強度組呈下降趨勢（p=0.0539），說明TPJ對強度更敏感，治療窗口更窄。

圖2 TPJ和PFC組，在四種強度SCS刺激時，平均HbT濃度變化的時間進程。每條曲線周圍的紅色陰影區域表示標準差。灰色陰影區域表示SCS期間。

圖3 四種刺激強度下SCS前、中、后各階段HbT濃度的比較。圖中每個點代表單個患者在SCS前階段（-5至0秒）、SCS中階段（0至30秒）和SCS后階段（30至60秒）的平均值。

圖4 在四種SCS強度下，兩個腦區ROI之間HbT濃度峰值和平均值

圖5

a：左右半球在不同刺激強度下的激活水平。表面顏色是BrainNetVierwer可視化呈現的SCS期間平均血紅蛋白閾值（HbT陽性信號）。

b：各通道在各刺激塊中的組平均HbT（排除變異系數＞25%的數據）。刺激間隔期（30至150秒）由虛線間的灰色區間標示。

C：不同刺激強度下激活通道數量。

d4：四種刺激強度下的凈曲線下面積（AUC）值。

研究結論

最優刺激強度

對于DOC患者，基于個體運動閾值的125%（中強度） 的SCS能產生最優的皮層血流動力學激活，遵循“倒U型”劑量—反應規律。

精準與個體化參數設置的重要性

本研究證明了“一刀切”的固定強度方案不可取。強度過低（低于閾值）可能無效甚至產生抑制，過高則可能因過度刺激而降低療效，甚至產生負面影響。必須基于個體反應（如運動閾值）進行精確滴定。

fNIRS作為神經調控中“精準調參”的價值

在DOC患者無法提供主觀反饋的困境下，fNIRS能夠實時、客觀、無創地可視化SCS對大腦的即刻效應，為評估療效和優化參數提供了不可替代的客觀生物標志物。這為實現閉環腦機接口（根據實時腦血流反饋自動調整刺激參數）奠定了關鍵基礎。

總結展望

這項研究為意識障礙患者的神經調控治療開辟了新的道路。通過精確的強度調控，我們有望為這些"沉睡"的患者找到喚醒的鑰匙。未來研究可以進一步探索不同刺激參數的組合效應，結合多模態神經影像技術（MEG、EEG等），建立更加完善的個體化治療體系。

隨著腦科學與神經工程技術的不斷發展，相信在不久的將來，我們能夠為每一位意識障礙患者量身定制最優的治療方案，幫助他們重新建立與世界的連接，讓生命的曙光再次照亮那些沉寂的心靈，為無數家庭帶來了新的希望。

撰文：鄧青云

審稿：鐘 健、堯利書

參考文獻：

LiuA,GeQ,JiaoL,PengH,SunY,HanS,ZhangQ,SiJ,HeJ.Stimulationintensitiesinfluencetheeffectsofspinalcordstimulationindisordersofconsciousness:anfNIRSstudy.Neurophotonics.2025Jul;12(3):035003.doi:10.1117/1.NPh.12.3.035003.Epub2025Aug7.PMID:40777927;PMCID:PMC12331174.

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