日前，beat365官方网站，beat365麥戈文腦科學研究所，北大-清華生命科學聯合中心研究員王征實驗室在國際學術期刊《Molecular Psychiatry》上在線發表題為“Common and differential connectivity profiles of deep brain stimulation and capsulotomy in refractory obsessive-compulsive disorder”的研究論文，報道兩種神經調控手術幹預難治性強迫症的腦網絡模式調控的異同，為個體化術前治療方式篩選、術後康複評估提供影像學依據。
強迫症（Obsessive–compulsive disorder, OCD）是一種嚴重的慢性精神障礙，終身患病率達到2%-3%，被WHO列為全球第四大高發的精神障礙。它也是十大緻殘性疾病之一，不僅嚴重威脅患者的生命健康，還帶來沉重的家庭和社會負擔。王征課題組圍繞強迫症的病理環路解析，結合靈長類模型和人類臨床病患（J Neurosci, 2020），原始創新跨物種機器學習模型用于提升臨床自閉症和強迫症患者的影像學診斷準确率（Am J Psychiatry, 2021；同期配發了專家點評）；圍繞藥物幹預的療效機制，發現五羟色胺類的傳統一線藥物對強迫症患者不同腦區灰質體積的雙向調節效應（EBioMedicine，2017），但将近30%的患者對常規的藥物和認知行為治療等手段都沒有積極響應。
針對這部分難治性強迫症病人，手術治療被認為是最後的終極救贖。強迫症手術幹預方案通常靶向調控皮層-紋狀體-丘腦-皮層（簡稱 CSTC）環路中的核心腦區，包括内囊前肢毀損術（簡稱毀損術）和腹側内囊前肢/腹側紋狀體的深部腦刺激（Deep brain stimulation，簡稱DBS）。課題組前期從功能連接的角度發現，毀損術治療會顯著降低患者的腹側紋狀體-前扣帶回的連接強度（Biol Psychiatry，2018；同期配發了專家點評）；從結構連接的角度看，毀損術治療引起了腦内大範圍白質和灰質的形态學變化，并且尾狀核的體積減少與術後症狀恢複相關聯（Biol Psychiatry CNNI, 2021）；同時，患者的背外側前額葉投射到丘腦的纖維束越多，術後康複的效果越好（J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2021）。但是，目前尚不清楚DBS和毀損術在調控腦網絡模式上有什麼相同與不同的特征？這種腦網絡模式的改變進而如何改善臨床症狀的？能否用腦影像技術建立不同神經調控手術特異的改變腦環路“環路指紋”，并應用到術前治療方式篩選、優化個體術後療效？
針對上述問題，王征實驗室彙集了215例被試的臨床和磁共振影像數據，包含有104例強迫症患者和82例健康對照，其中27例重度強迫症接受了毀損術治療且在術後也進行了磁共振掃描；以及荷蘭阿姆斯特丹大學合作者提供的15例健康對照和14例接受DBS治療的強迫症患者數據。随後利用靜息态功能磁共振影像數據構建了大尺度腦網絡，建立基于主成分回歸的機器學習模型，分析發現外側前額葉皮層預測術前強迫症症狀評分權重較大。手術前後的對照分析發現，毀損術和DBS對整個CSTC功能網絡的作用都具有一種特殊的偏側性，降低了皮層-皮層下的功能連接的同時卻增強了皮層-皮層的功能連接（圖一）。其中，86%的皮層-皮層下功能連接被DBS顯著減弱，而100%的皮層-皮層功能連接被增強（圖一A）；92%的皮層-皮層下功能連接被毀損術顯著減弱，而92%的皮層-皮層功能連接被顯著增強（圖一B）。
（圖一：兩種神經調控手術的腦網絡調控模式）
前期王征團隊運用圖論方法已發表過系列腦網絡功能分析的成果（Biol Psychiatry, 2016; Cereb Cortex, 2018），這裡選用通訊強度（communication strength）來解讀皮層-皮層和皮層-皮層下的網絡模式改變（圖二A）。結果發現：DBS和毀損術都顯著趨向于減弱皮層-皮層下，增強皮層-皮層的網絡通訊強度。同時，DBS所導緻的腹外側前額葉皮層-皮層網絡通訊強度的增強與患者的抑郁評分改善呈正相關；毀損術所導緻的中外側前額葉的皮層-皮層網絡通訊強度增強與患者的焦慮評分改善呈正相關（圖二B）。
那麼，被調控環路的網絡通訊強度是否可用于術前選擇手術治療方式的影像診斷指标呢？如果可行，是哪個靶點腦區呢？我們随後對每個腦區進行術前網絡通訊強度的線性建模：網絡通訊強度 ~ 治療方式+治療結果+ 治療方式×治療結果，其中治療方式為DBS或毀損術，治療效果為臨床症狀評分在手術前後的改變。治療方式和治療效果的交互作用（治療方式×治療效果）的顯著性可幫助鑒定在DBS或者毀損術中指示不同治療效果的腦區。分析後發現，腹外側前額葉的皮層-皮層下網絡通訊強度可指導選擇改善抑郁症狀的手術方式，中外側前額葉的皮層-皮層網絡通訊強度可指導選擇改善焦慮症狀評分的手術方式（圖二C）。後驗皮爾森相關分析進一步揭示：腹外側前額葉的術前皮層-皮層下網絡通訊強度越低則越傾向于選擇DBS，而中外側前額葉的術前皮層-皮層網絡通訊強度越低則越傾向于選擇毀損術。
（圖二：神經調控手術靶向改變皮層-皮層下、皮層-皮層間的網絡通訊強度）
綜上，本研究發現了DBS和毀損術這兩種不同的神經調控手術共有的腦網絡調節效果：減弱皮層-皮層下網絡通訊的同時增強了皮層-皮層間的網絡通訊。這種局部抑制遠端增強的模式也提示，大腦功能網絡對靶向神經調控的響應并不是簡單地被動性擴散（passive diffusion）物理刺激效應，而可能經曆了自适應式的功能重組（adaptive reorganization）。與此同時，這兩種神經調控手術優先改善臨床症狀的維度不盡相同：靶向增強外側前額葉的皮層-皮層網絡通訊可能緩解焦慮或情緒相關臨床症狀，且這一指标可作為潛在的抉擇手術方式的影像學依據。後續将進一步發展此前提出的全腦尺度動力學建模方法（Neurosci Bulletin, 2018），模拟神經調控的網絡規律，為開展前瞻性臨床實驗提供理論指導，輔助神經調控幹預前後的臨床評估。
中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）博士生陳潇宇和上海市精神衛生中心王振主任為該文共同第一作者，王征研究員為唯一通訊作者。本課題得到了荷蘭阿姆斯特丹大學Damiaan Denys教授及其團隊和英國劍橋大學Valerie Voon教授的合作支持，以及廣東省重點領域研發計劃項目，國家重點研發計劃，中國科學院戰略性先導科技專項，國家自然科學基金委和上海市市級科技重大專項的資助。
課題組簡介：
網站：/szdw/qzjy/jsyjy/wzh/index.htm
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論文鍊接：
論文引用：
Chen XY et al., Common and differential connectivity profiles of deep brain stimulation and capsulotomy in refractory obsessive-compulsive disorder. Molecular Psychiatry, 2021, advance online.
2021-10-27