腦機啟偵 | NeuroImage：經(jīng)顱聚焦超聲精準(zhǔn)調(diào)控大腦默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)

作為一種前沿的無創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，經(jīng)顱聚焦超聲（tFUS）因其高精準(zhǔn)度和深穿透能力而備受矚目。那tFUS能否通過精準(zhǔn)刺激大腦的某一個“節(jié)點”，來調(diào)控整個與之相連的功能網(wǎng)絡(luò)？

近期，NeuroImage上一項研究證明了特定參數(shù)的tFUS能夠通過靶向內(nèi)側(cè)前額葉皮層mPFC，特異性地增強整個DMN的協(xié)同性。

研究亮點

精準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控：tFUS靶向DMN的關(guān)鍵節(jié)點mPFC，可以有效調(diào)制整個DMN的功能狀態(tài)；

參數(shù)依賴性：只有興奮性tFUS能顯著增強DMN內(nèi)部的“結(jié)構(gòu)—功能耦合”；

評估新維度：創(chuàng)新性地采用“結(jié)構(gòu)—功能耦合”作為評估腦網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的指標(biāo)，為神經(jīng)調(diào)控研究提供更靈敏的檢測指標(biāo)。

為何要“調(diào)控”DMN？

DMN是人腦在靜息狀態(tài)下最活躍的腦網(wǎng)絡(luò)之一，由mPFC、后扣帶回、楔前葉等多個腦區(qū)組成。它不僅與自我反思、記憶提取和情緒調(diào)節(jié)等認(rèn)知過程密切相關(guān)，其功能異常更被證實與抑郁癥、阿爾茨海默癥、精神分裂癥等多種神經(jīng)精神疾病的核心病理機制有關(guān)。

因此，使用一種無創(chuàng)、精準(zhǔn)的技術(shù)有效地調(diào)控DMN，無疑能為上述疾病治療帶來突破，而tFUS憑借毫米級的空間分辨率穿透顱骨直達(dá)深部腦區(qū)的能力，是能實現(xiàn)這一目標(biāo)的“理想候選者”。而tFUS是否能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)水平的精準(zhǔn)調(diào)控、其效果是否依賴刺激參數(shù)？圍繞這些問題，本研究旨在系統(tǒng)性地探究： 不同參數(shù)的tFUS在靶向mPFC時，能否特異性地、且可預(yù)測地（興奮性 vs. 抑制性）改變整個DMN的結(jié)構(gòu)—功能耦合狀態(tài)。

研究設(shè)計

圖1 研究設(shè)計示意圖

被試在接受20分鐘的tFUS刺激前后

分別進(jìn)行靜息態(tài)功能磁共振掃描

研究團隊共招募21名健康受試者，將其隨機分成三組：

?興奮組：接受旨在增強神經(jīng)活動的tFUS刺激；

?抑制組：接受旨在抑制神經(jīng)活動的tFUS刺激；

?偽刺激組：接受無實際能量輸出的假刺激作為對照。

圖2 興奮性與抑制性tFUS刺激的脈沖重復(fù)模式示意圖

核心發(fā)現(xiàn)

1. 全腦水平的功能變化（傳統(tǒng)rs-fMRI指標(biāo)）

在全腦層面，興奮性刺激后，三項rs-fMRI指標(biāo)普遍呈現(xiàn)上升趨勢；而抑制性刺激后，則呈現(xiàn)下降趨勢。初步表明，不同參數(shù)的tFUS確實對大腦功能活動產(chǎn)生了方向相反的影響。

盡管趨勢明顯，但在三組（興奮、抑制、偽刺激）間的比較中，只有全局信號振幅（GSA）的變化達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。

圖3 tFUS刺激后三組的rs-fMRI指標(biāo)變化

依次分別是全局信號振幅（GSA）、區(qū)域同質(zhì)性（ReHo）及功能連接（FC）

2. “結(jié)構(gòu)-功能耦合”的特異性增強

只有興奮組在接受tFUS刺激后，DMN的結(jié)構(gòu)—功能耦合度表現(xiàn)出顯著增強（FDR corrected p < 0.05）。抑制組和偽刺激組的DMN均未出現(xiàn)這種顯著變化。

通過對DMN內(nèi)部各個節(jié)點的精細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)-功能耦合的增強主要集中在DMN的前部區(qū)域，即靠近刺激靶點mPFC的內(nèi)側(cè)前額葉、背外側(cè)前額葉以及前扣帶回等區(qū)域。

圖4 三個組在不同刺激下分別對七個主要大腦功能網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響

結(jié)構(gòu)-功能耦合度變化的強度；

正值代表耦合度增強（即結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)同效率變高）；

負(fù)值代表減弱

圖5 在不同刺激條件下，tFUS刺激后DMN各組成腦區(qū)的結(jié)構(gòu)-功能對應(yīng)

在圖的左半部分，即DMN的前部節(jié)點（如SFGdor, SFGmed, ORBsupmed, ACG等），紅色柱子普遍較高，顯示出強烈的正向變化（耦合增強）

研究意義與展望

這項研究不僅證實了通過tFUS靶向局部節(jié)點來調(diào)控整個深層腦網(wǎng)絡(luò)的可能性，更為未來臨床治療應(yīng)用提供新方向。

1. 為臨床治療提供新策略：對于DMN功能失調(diào)相關(guān)的精神及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，tFUS有望成為一種精準(zhǔn)、無創(chuàng)的“腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)控療法”。通過個性化的參數(shù)設(shè)置，或許可以“重塑”患者異常的腦網(wǎng)絡(luò)活動模式。

2. 推動神經(jīng)調(diào)控機制研究：該研究強調(diào)了刺激參數(shù)的重要性，為未來優(yōu)化tFUS刺激方案以實現(xiàn)不同調(diào)控目的（興奮/抑制）提供實驗依據(jù)。

3. 未來探索方向：該研究樣本量小，且關(guān)注的是短期/急性效應(yīng)。未來研究可以擴大樣本量的同時，探索tFUS調(diào)控腦網(wǎng)絡(luò)的長期效應(yīng)、神經(jīng)可塑性機制，以及這些網(wǎng)絡(luò)變化如何體現(xiàn)在具體的行為或癥狀改善。

來源 | 神蹤科技