研究人员从西奈山伊坎医学院发现了首个直接证据，表明脑深部刺激(DBS)可以重塑大脑中的白质通路并改变大规模神经网络间的通信，揭示了一种先前未被认识的机制，这可能解释了该疗法如何帮助严重抑郁症患者康复。这项于6月1日发表在《自然神经科学》上的研究，为DBS提供了关键的生物学基础见解，DBS是一种针对难治性抑郁症和其他神经精神疾病的新兴疗法。
脑深部刺激已获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准，用于治疗原发性震颤、帕金森病、癫痫和强迫症。这是一种神经外科手术，涉及放置一个神经刺激器(有时被称为"脑起搏器")，该刺激器通过植入大脑深处的电极向特定区域发送高频电脉冲，这些区域负责每种疾病的症状。
尽管DBS对许多对药物、心理治疗和电休克疗法无反应的重度抑郁症患者显示了持续的临床益处，但其治疗效果背后的机制仍不甚清楚。
脑回路重连的新证据
"我们的发现令人兴奋之处在于它们改变了我们对脑深部刺激的思考方式，"西奈山伊坎医学院神经科学和精神病学教授、该论文共同资深作者Peter Rudebeck博士说。"我们首次表明，DBS不仅在短期内改变大脑的电活动——它实际上可以重塑白质结构，本质上重新连接与抑郁症相关的脑回路。"
在该研究中，研究人员将DBS应用于胼胝体下扣带回前部(SCC)附近的白质通路，这一脑区先前已被确定为治疗人类抑郁症的有效靶点。白质是一种位于大脑表面或皮层下方的组织，主要由轴突束组成，轴突是脑细胞的延伸部分，负责传递电信号。使用非人灵长类动物模型，研究人员能够分离出刺激的直接生物效应，而不受潜在疾病混杂因素的影响。
研究团队发现，SCC-DBS选择性地增加了胼胝体束内的分数各向异性——与白质完整性和组织相关的标志物，胼胝体束是参与情绪调节的主要白质通路之一。在细胞水平上，DBS增加了髓鞘化少突胶质细胞的数量和通路内的髓鞘形成程度。少突胶质细胞是大脑白质中的支持细胞，有助于促进神经信号的传导；这些细胞的增加表明刺激促进了脑回路的结构重塑。
研究人员还观察到大脑功能连接的广泛变化，特别是涉及默认模式网络，这是一个与抑郁症和反刍思维密切相关的脑区网络。
未来DBS疗法的意义
"以前，我们不清楚脑深部刺激如何影响大脑结构和功能，"西奈山伊坎医学院神经学、神经外科、精神病学和神经科学教授、该论文共同资深作者Helen Mayberg医学博士说。
"这项研究解决了我们理解中的一个重大缺口，并指出了一种未被重视的机制，该机制有助于持续的长期康复，这是我们多年来在DBS抑郁症临床研究中观察到的现象，也是我们目前国家卫生研究院BRAIN计划资助研究的重要焦点。"
这些发现可能对改进DBS疗法和开发旨在促进白质重塑的全新治疗策略具有重要意义。
"现在我们知道DBS可以在白质中驱动结构可塑性，我们可以开始思考如何优化刺激方法，并可能开发通过非手术手段靶向这些机制的新型疗法，"Mayberg博士说。
该研究还提出了更广泛的问题：类似机制是否可能有助于通过DBS治疗的其他精神和神经疾病的康复。
Mayberg博士和她在西奈山Nash家庭高级电路治疗中心的团队目前正在研究接受DBS治疗抑郁症的人类患者是否也会出现相同的白质重塑效应。未来的工作还将研究DBS如何改变大脑网络中单个神经元的活动模式。
"了解脑回路如何在物理和功能上响应刺激而变化，可能会加速精神疾病下一代疗法的开发，"纽约州心理健康办公室下属的Nathan Kline精神病研究所的研究科学家、该研究共同资深作者Brian Russ博士说。
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