迷走神经刺激调节丘脑局部场电位中的相位-振幅耦合

　　James T. Rutka（鲁特卡）教授曾任世界神经外科学院院长，在儿童神经外科领域深耕30余年，率领团队不断实现突破，从脑瘤分子分型、精准治疗、药物治疗、微创技术等多个维度，为全球神经外科疑难病患儿带来新的治疗可能。其团队发表了题为《Vagus Nerve Stimulation Modulates Phase-Amplitude Coupling in Thalamic Local Field Potentials》的研究成果，以下为研究要点梳理。

目标

　　迷走神经刺激之所以能发挥抗癫痫效果，医学界普遍认为与丘脑皮质回路的调控密切相关。跨频段相位-振幅耦合（PAC）则是实现多时空尺度层级网络协调的关键机制。本项研究利用5名同时接受丘脑深部脑刺激与迷走神经刺激植入的患者记录数据，对中线核与前核区域的局部场电位展开分析，旨在探究丘脑在迷走神经刺激下的电生理变化。

引言

　　对于无法接受切除手术的难治性癫痫患者，迷走神经刺激是行之有效的治疗方案。临床数据显示，符合条件的患者在接受迷走神经刺激植入后，癫痫发作负担显著降低，有效率可达65%。不过，尽管该技术已在全球范围内广泛推广，累计实施超过10万例，其具体作用机制至今仍未完全明确。

　　迷走神经刺激发挥抗癫痫作用，很可能是通过远端传入投射实现的，这套投射系统被称为迷走神经传入网络。迷走神经传入纤维主要投射至孤束核与蓝斑，两者协同通过背侧室周束与丘脑、前顶盖、下丘脑的广泛投射网络相连。大量研究证据表明，传入丘脑的投射构成了迷走神经传入网络的核心枢纽。然而，在迷走神经刺激过程中对丘脑进行在体记录此前一直难以实现。深部脑刺激作为另一种神经调控手段，近年来也应用于癫痫治疗。近来新型深部脑刺激设备的出现，使得同时记录包括丘脑在内的植入靶点局部场电位成为可能。借助这些技术进步，研究者获得了探索丘脑对迷走神经刺激电生理响应的难得机遇。

　　跨频段相位-振幅耦合是一种神经生理现象，指低频振荡的相位对高频节律振幅的调节过程，近年来被发现是跨时空尺度信息传递与绑定的基本神经机制。低频活动的相位被认为能够设定皮层兴奋性的时间窗口，从而促进局部神经活动整合。在正常生理状态下，由丘脑与新皮层间相位-振幅耦合所驱动的层级化区域间神经通讯，支撑着广泛的神经认知功能。鉴于相位-振幅耦合在层级化神经元通讯中的核心地位，丘脑皮质相位-振幅耦合异常与癫痫发病之间的关联也得到了关注。研究者发现，在癫痫状态下，丘脑与新皮层内部均出现了代表大规模网络动力学改变的病理性相位-振幅耦合，强烈提示丘脑皮质通讯在发作起始与癫痫发生中扮演重要角色。事实上，跨频耦合在电发作波前就已出现，进一步印证了其在癫痫网络中的关键作用。

　　综合现有证据表明，相位-振幅耦合与以下方面存在密切关联：跨时空尺度的神经信息传递、癫痫发生的病理机制、丘脑作为协调新皮层活动枢纽的关键地位。基于上述认识，本研究利用同时接受迷走神经刺激与深部脑刺激植入的患者在体丘脑记录，系统研究迷走神经刺激诱发的丘脑相位-振幅耦合急性改变。这些发现为理解迷走神经刺激对人类丘脑关键枢纽区域大规模网络组织过程的影响提供了电生理学证据，也为阐明迷走神经刺激的作用机制提出了新的假说。

材料与方法

　　采集迷走神经刺激开启与关闭两种状态下，跨越目标核团接触对的双极局部场电位数据进行分析。

结果

　　在主动迷走神经刺激期间，中线核内theta波、alpha波、beta波的相位与gamma波振幅之间的相位-振幅耦合显著增强。前核区域同样出现了相位-振幅耦合的变化，但变化幅度相对较小。此外，在两个核团中，主动迷走神经刺激均对双侧丘脑间的功能连接产生了调节效应。

结论

　　迷走神经刺激与丘脑核团内部及双侧丘脑之间相位-振幅耦合的增强、以及协调的半球间相互作用密切相关。这些发现深化了对急性迷走神经刺激假定神经生理学效应的认识，并将既往动物与人类研究中观察到的迷走神经刺激后大脑皮层分布式同步化现象置于更完整的理论框架之中。