STN-DBS对帕金森病患者心理旋转表现的认知影响Cognitive effects of STN-DBS on mental rotation performance in Parkinson’s disease | Scientific Reports

环球医讯 / 认知障碍来源:www.nature.com德国 - 英语2026-05-26 23:04:20 - 阅读时长22分钟 - 10694字
本研究探讨了丘脑底核深部脑刺激(STN-DBS)对帕金森病患者心理旋转能力的影响,通过比较12名帕金森病患者在STN-DBS开启和关闭状态下的表现,发现STN-DBS显著提高了心理旋转准确性,尤其是对180°旋转的刺激物;同时,右侧边缘系统丘脑底核区域的刺激与表现下降相关,表明刺激位置在调节认知结果中的关键作用,这些发现为优化帕金森病患者的DBS治疗提供了新见解,并强调了在深部脑刺激中考虑认知结果的重要性。
帕金森病丘脑底核深部脑刺激(STN-DBS)心理旋转认知功能视空间执行处理电极定位
STN-DBS对帕金森病患者心理旋转表现的认知影响

摘要

在帕金森病(PD)中,认知症状随着疾病进展而逐渐恶化,成为临床治疗的主要挑战,目前仍难以有效处理。丘脑底核深部脑刺激(STN-DBS)是治疗PD运动症状的广泛使用且临床验证有效的疗法;然而,其认知效应仍研究不足。本研究中,我们考察了STN-DBS如何影响执行功能,特别关注于一个经典的心理旋转任务。在该任务中,患者会看到两张图像(参考图和比较图),并被要求判断比较图是旋转还是镜像反转。12名PD患者(6名女性;平均年龄:60±10岁;平均病程:12±6年)在两种条件下完成了任务:治疗性STN-DBS开启和关闭。行为认知表现与基于MR的电极重建所确定的激活组织体积相关联。结果表明,STN-DBS显著提高了心理旋转准确性,提示其对视空间执行处理的有益影响。值得注意的是,涉及右侧丘脑底核边缘相关区域的刺激与表现下降相关,突显了刺激部位及其功能连接的相关性。这些发现共同为不断增长的证据提供了支持,即STN-DBS对不同认知领域产生特定区域的效应。

引言

帕金森病(PD)的认知症状随着疾病进展而逐渐普遍化和严重化,严重影响患者生活质量。认知障碍涵盖多个领域,包括执行功能、认知灵活性和视空间功能。

目前PD治疗主要针对运动症状,通常包括标准多巴胺能药物治疗和丘脑底核深部脑刺激(STN-DBS)。虽然STN-DBS对运动症状的益处已被广泛认可,但DBS也已被证明会影响认知过程。然而,报道的认知领域效应仍不一致。因此,进一步研究STN-DBS如何及在何种条件下调节PD患者的认知表现至关重要。

电极在STN内精确定位是影响效应变异性的关键因素。STN背侧放置DBS电极通常与更佳结果相关,而腹侧STN放置与认知下降相关,边缘STN放置则与其他不良影响相关,包括轻躁狂症状的出现。此外,一些证据表明STN-DBS对特定认知领域产生侧化效应,左侧STN刺激主要影响言语能力,右侧STN刺激则影响其他认知领域。这进一步突显了在研究STN-DBS认知效应时考虑电极定位的重要性。

视空间功能是日常活动(如驾驶、烹饪、购物和社交互动)中特别重要的认知领域,它支持导航、物体操作和空间关系的解释。心理旋转是视空间功能的一个关键方面,评估心理操作和比较视觉刺激的能力。先前研究表明PD患者在执行心理旋转任务时受损,与健康对照组相比显示出显著更高的错误率,且与多巴胺药物无关。其他研究则认为PD患者的心理旋转能力相对完整。值得注意的是,虽然这些研究评估了多巴胺能药物对心理旋转的影响,但它们并未探讨STN-DBS激活状态及其电极放置的影响。通过在执行心理旋转任务时切换DBS开启或关闭来调节STN活动,为更具体地解决STN-DBS的短期和组内认知效应提供了独特机会。

在本研究中,我们使用改编自Shepard & Metzler(1971)的心理旋转范式测试DBS对认知功能的影响。为此,患者在双侧STN-DBS开启(ON-DBS)和关闭(OFF-DBS)条件下执行心理旋转任务。我们假设ON-DBS相比OFF-DBS会产生更好的心理旋转表现,基于先前关于DBS开启时认知改善的报道。此外,我们预期表现改善将与运动症状缓解相关。另外,我们期望电极放置会影响表现,腹侧(边缘相关)刺激与表现下降相关,而更背侧定位的刺激则与表现改善相关。

方法

参与者

12名晚期PD个体(6名女性,平均年龄:60±10.3岁;平均病程:11.8±5.5年,Hoehn & Yahr分期:2.9±0.8)签署书面知情同意书参与研究。研究按照《赫尔辛基宣言》进行,并获得德国汉堡医学协会伦理委员会批准(批准号PV4298;Ethik-Kommission der Ärztekammer Hamburg)。所有患者听力正常,视力正常或矫正至正常。所有患者此前均接受了针对STN的双侧DBS电极植入(植入后平均时间:31.2±24.8个月,范围3-68个月)。植入后,他们的左旋多巴当量日剂量(LEDD)为512±140 mg,使用标准转换系数计算。

为评估患者的疾病进展和严重程度,患者运动能力通过帕金森病统一评分量表运动子部分(UPDRS)和Hoehn & Yahr量表在研究前评估。我们从患者临床记录中提取UPDRS-III和Hoehn & Yahr评分以及LEDD,使用最接近研究访问时间的值。刺激参数(如电压、频率、脉宽、活动触点)在治疗神经科门诊的常规术后编程中确定,未为实验目的修改,确保患者在临床优化治疗设置下进行测试。

实验设计

实验在同一天完成两个会话:一个会话在ON-DBS条件下进行,即常规双侧治疗性STN-DBS;另一个会话在OFF-DBS条件下进行,即关闭DBS设备。会话顺序在患者间交叉平衡。因此,患者要么先在ON-DBS条件下执行任务,然后在OFF-DBS条件下执行(会话1),要么先在OFF-DBS条件下执行,然后在ON-DBS条件下执行(会话2)。

在整个实验过程中,所有患者都继续服用常规药物。由于多巴胺能治疗可能影响执行和视空间表现,两个会话都在相同的药物条件下进行。这有助于在比较刺激效应时最小化混杂因素,并确保患者在实验期间的身体舒适。

对于每位患者,刺激触点、振幅和脉冲持续时间与治疗性高频刺激相同。在OFF-DBS会话前,DBS设备关闭与任务执行之间的最小洗脱期为40分钟(平均时间:71.2±21.5分钟,范围40-115分钟)。基于先前研究,这一时间段已被证明足以导致运动症状显著恶化以及认知症状,因此被认为足以揭示这种范式中刺激撤回的潜在认知效应。为最小化任务重复的潜在残留效应,会话间隔(ON-DBS、OFF-DBS)至少为66分钟(平均时间:103.6±59.6分钟,范围66-283分钟)。

在每个会话中,参与者舒适地坐在计算机屏幕前,执行改编自Shepard & Metzler(1971)的计算机版心理旋转任务。该任务包含3D物体刺激,即十个实心立方体以精确三个直角"肘部"连接面-面形成刚性臂状结构。刺激以四种不同方向呈现在图片平面中:0°(直立)、90°(顺时针)、180°(倒置)和270°(90°逆时针),要么是相同对,要么是其对应物的镜像版本。

每个任务试验以1秒的注视十字开始,随后同时显示两个3D刺激8秒。间隔后,要求参与者通过按键盘上相应键判断刺激是"相同"还是"镜像":'N'表示相同(左手指),'M'表示镜像(右手指)。参与者被指示将手指放在响应键上,并在听到声学"Go"信号后尽快准确响应,该信号表示8秒间隔结束和响应阶段开始。使用固定的8秒呈现窗口是为了标准化响应时间,并控制ON-DBS和OFF-DBS会话之间潜在的运动响应延迟差异,因为PD患者在刺激关闭条件下已被证明表现出较慢的响应。实验者在整个会话中视觉监测任务依从性和响应行为。参与者响应后,立即显示下一个试验,以注视十字开始。总计,该任务在每个实验条件下包含128个试验。

刺激呈现和响应收集使用计算机版心理旋转任务进行,该任务最初托管在Bern大学心理学研究所的网站上。任务在运行OS X Yosemite (10.10)的MacBook Pro上运行。

任务表现使用错误率(%)作为因变量进行评估,计算为所有方向和平面的错误响应的平均百分比。为评估刺激效应,我们计算了每位参与者OFF-DBS和ON-DBS条件下错误率的差异(OFF-DBS减去ON-DBS)。此外,记录以毫秒为单位的响应时间(RTs),以验证任务指令的依从性并监测响应行为的潜在差异。

统计分析

为调查任务中的变化,比较了心理旋转任务的四种不同方向的错误率。若无特别说明,使用频率统计,数据使用重复测量方差分析(ANOVA)进行分析。若存在显著效应,则进行Bonferroni校正的成对t检验。使用Pearson相关检验相关性。所有报告的t检验p值均为双尾,显著性水平设为p<0.05。为测试响应时间是否在项目和刺激会话间无差异,采用贝叶斯统计。贝叶斯统计特别适合评估数据是否支持零假设而非替代假设。为此,我们进行了与频率统计相同的分析,使用默认先验,并报告刺激会话和项目间交互的排除贝叶斯因子(BFexclusion)。数据使用R(版本:4.3.1)和RStudio(版本2023.06.1+524)进行分析。统计分析使用开源软件JASP(版本0.19.3)执行。

电极定位和刺激建模

DBS电极使用Lead-DBS工具箱的默认参数进行定位,并按照处理流程进行。简而言之,术前获取的高分辨率T1加权MRI与术后对照CT扫描使用两阶段线性配准(刚性后仿射)进行线性共配准。此外,T2加权MRI与T1 MRI使用SPM12进行线性共配准。然后,图像使用高级归一化工具在标准空间(ICBM 2009b NLIN, Asym)中进行非线性归一化。电极定位涉及自动和手动步骤的组合。首先使用Lead-DBS功能进行自动细化,包括脑移位校正和与解剖标志对齐。然后通过在多平面视图中选择电极尖端和轨迹上的第二点来手动定义电极轨迹。通过跨成像模式的共配准质量和解剖合理性的视觉检查验证定位准确性。所有患者选择Medtronic 3389导线。

刺激建模

激活组织体积(VTA)使用基于临床优化刺激参数的有限元方法计算,同时根据Horn等(2017)和Petry-Schmelzer等(2019)的指示估计电场扩散,电导率为σ = 0.1 S/m,VTA阈值设为0.19 V/mm的电等值场。针对每个导线上的活动触点计算VTA,振幅范围为1.7至3 V,脉宽为60 μs。未在建模中包含刺激频率,因为Lead-DBS框架基于振幅、脉宽和触点配置估计空间电场分布,且已被证明对VTA估计影响最小。

与局部结构的交集

对于组分析,计算了每位患者VTA与DISTAL图谱定义的STN亚区域(运动、联合和边缘)的双侧交集。然后,将这些交集与OFF-DBS和ON-DBS条件之间的错误率差异(OFF-DBS减去ON-DBS)使用Lead-DBS Group工具箱进行相关。分别对双侧、左侧和右侧半球进行了VTA与局部STN亚区域交集体积和OFF-DBS与ON-DBS错误率差异之间的Spearman相关。应用Bonferroni校正后的alpha水平0.005以解释计算的九个相关。鉴于本试点研究的探索性质,此阶段未实施进一步的多重比较校正。

甜点和苦点分析及预测结果

遵循既定方法,生成MNI空间中的基于VTA的概率刺激图,以识别刺激与高于平均值("甜点")或低于平均值("苦点")错误率相关的区域。将每位患者的VTA阈值设为0.2 V/mm,分析限于至少被20% VTA覆盖的体素。然后对每个体素执行双尾Wilcoxon符号秩检验,生成p图,评估在每个体素刺激是否与错误率显著偏离平均值相关。应用VTA大小校正。最后,通过1000次置换("不留出")和十折随机交叉验证评估生成模型的有效性。鉴于样本量小,交叉验证分析被视为探索性。此外,作为敏感性分析,进行了留一交叉验证(LOOCV)。

结果

DBS改善了心理旋转任务表现

为评估DBS对任务表现的影响,使用受试者内因素rotation(0°、90°、180°、270°)、view(镜像、相同)和stimulation(ON-DBS、OFF-DBS),错误率(%)作为因变量,进行4×2×2 ANOVA。

分析显示stimulation的显著主效应(F1,11 = 5.869,p = 0.034,η²p = 0.348),表明DBS降低了错误率,从而改善了表现。此外,观察到rotation的显著主效应(F3,33 = 30.635,p < 0.001,η²p = 0.736),表明表现在不同旋转角度间存在差异。后续t检验除一个比较外(90°与270°)均显著,表明0°错误率最低,90°和270°相等,180°错误率最高。view的主效应不显著(F1,11 = 1.5,p = 0.246,η²p = 0.12),表明镜像和相同项目对之间的任务表现无差异。重要的是,我们发现rotation、view和stimulation之间存在显著交互作用(F3,33 = 3.196,p = 0.036,η²p = 0.225)。这表明DBS以不同方式改善了旋转角度的表现,对相同项目中错误率最高的180°有最大改善。所有其他效应均不显著(所有p值> 0.05)。

心理旋转任务表现与运动功能不相关

我们假设ON-DBS的心理旋转表现改善将与运动症状改善相关,即从DBS获得更多运动益处的患者也将表现出更大的认知益处。使用术后UPDRS第III部分评分(DOPA-ON,ON-DBS条件下)量化运动症状严重程度。然而,由于大量缺失数据,我们仅限于该单一运动条件进行分析。为评估心理旋转任务表现是否与运动能力相关,我们计算了所有受试者ON-DBS期间的错误率(反映stimulation主效应,平均跨旋转角度和项目)与UPDRS评分(DOPA-ON,ON-DBS)之间的Spearman相关。分析显示无显著相关性(p > 0.05),表明DBS下的个体认知表现与运动功能程度无直接关联。

边缘STN刺激与心理旋转任务表现呈负相关

我们预期STN内刺激的解剖位置会影响心理旋转任务中的表现。为识别刺激与高于平均值("甜点")或低于平均值("苦点")错误率相关的区域,我们在MNI空间中使用基于VTA的概率刺激映射。为评估刺激位置是否与表现变化相关,我们在OFF-DBS减去ON-DBS的错误率变化与双侧STN运动、联合和边缘亚区域内的VTA之间进行了Spearman相关。在边缘STN中观察到显著负相关(r = -0.7,p = 0.004),表明该亚区域中更大的VTA与更高的错误率相关。运动和联合亚区域的相关不显著(p > 0.05;为考虑多重比较,三个相关的Bonferroni校正alpha水平为p < 0.017)。

为区分半球效应,我们对左侧和右侧边缘STN分别进行了后续Spearman相关。在右侧半球观察到显著负相关(r = −0.89,p < 0.001),但在左侧半球未观察到(r = −0.15,p = 0.337),表明右侧边缘STN的刺激增加与认知表现下降特别相关。

通过置换测试(1000次置换,"不留出"方法)评估概率刺激映射的稳健性,揭示了刺激位置与任务表现之间的强相关(r = 0.85,p(perm) = 0.036)。模型通用性进一步通过十折随机交叉验证得到支持(r = 0.56,p = 0.038),表明边缘STN的刺激位置,特别是右侧半球,在调节心理旋转任务中的认知表现方面起着关键作用。鉴于样本量小,此分析应谨慎解释,并被视为探索性。

作为敏感性分析,进行了留一交叉验证(LOOCV),结果为较低且无显著相关(r = 0.24,p = 0.2)。这种跨验证方法的变异性表明此样本中预测估计的稳定性有限。

响应时间在DBS条件和项目间保持一致

为评估DBS对响应时间的影响,使用受试者内因素rotation(0°、90°、180°、270°)、view(镜像、相同)和stimulation(ON-DBS、OFF-DBS),响应时间(ms)作为因变量,进行4×2×2 ANOVA。结果揭示rotation的显著主效应(F3,33 = 4.550,p = 0.009,η²p = 0.293),表明表现在不同旋转角度间存在差异。后续t检验显示0°与180°旋转角度之间的比较显著,表明0°响应时间最快(平均时间:8497±242 ms,范围8138-9007 ms),180°最长(平均时间:8706±293 ms,范围8321-9300 ms),而所有其他旋转角度间的比较均不显著。无其他主效应或交互作用显著(所有p值> 0.05)。

在研究中,使用8秒的固定呈现窗口以避免患者间间隔差异对响应时间的影响。为检查响应时间是否一致,我们还进行了分析,跨旋转水平平均以增加检测DBS相关效应的统计能力。我们进行了2×2 ANOVA,受试者内因素view(相同、镜像)和stimulation(ON-DBS、OFF-DBS),响应时间为因变量。该分析未显示显著主效应或交互作用(所有p值> 0.05),表明响应时间在DBS条件和相同与镜像项目间具有可比性。为跟进这些效应并评估数据是否支持零假设而非替代假设,我们使用贝叶斯ANOVA进行了相同分析。结果显示出支持零假设的实质性证据(BFexclusion = 5.993)(即响应时间无差异),与替代假设(即响应时间存在差异)相比。这表明患者在有无DBS和项目(相同和镜像)间响应时间具有可比性,如预期,鉴于本实验的固定响应范式。

准确性和响应时间的表现变化不相关

为调查我们的结果是否由准确性和响应时间变化之间的权衡(即速度-准确性权衡)介导,我们在错误率变化(OFF-DBS减去ON-DBS)和响应时间变化(OFF-DBS减去ON-DBS)之间进行了Spearman相关。结果不显著(r = −0.189,p = 0.558,CI = [−0.688, 0.432]),表明我们的数据未观察到速度准确性权衡。

讨论

在本研究中,我们调查了STN-DBS对PD中心理旋转的调节效应。与我们的假设一致,我们发现STN-DBS显著改善了任务表现,特别是在180°旋转的相同条件下。此外,我们观察到STN右侧边缘区域内的刺激与表现呈负相关,表明STN内的刺激位置在调节认知结果中起着关键作用。这些发现为STN-DBS在PD中认知效应的不断增长的证据提供了新见解,并表明虽然DBS主要是运动干预,但它也对高级认知过程产生可测量的影响。

DBS改善了心理旋转表现

与我们的假设一致,我们发现DBS改善了心理旋转任务表现,如ON-DBS与OFF-DBS条件下错误减少所示。先前研究表明PD患者通常在心理旋转方面受损,表明疾病导致的基本认知缺陷(即视空间功能)。我们的发现通过证明STN-DBS与PD患者在我们的范式中心理旋转能力改善相关,扩展了这些观察。重要的是,这些准确性改善并未伴随更长的响应时间,表明表现的真实增强而非响应策略的改变。DBS效应在180°旋转的刺激物中最为明显,这通常对认知处理提出最高要求。众所周知,随着角度差异增加,心理旋转任务中的表现会恶化,这是由于任务难度增加。虽然先前研究主要关注响应时间,但我们的发现表明这种模式也适用于错误率。

虽然DBS因其治疗PD运动症状的有效性而广为人知,但我们的结果表明它对心理旋转等认知功能也有益处。这与表明STN-DBS对视空间注意力有益处的发现一致。除了改善视空间功能外,STN-DBS还被证明增强了其他认知能力,如执行过程、工作记忆和认知灵活性。例如,STN-DBS显著改善了PD患者的时间预测表现,达到与健康对照组相当的水平。这些认知益处被认为源于DBS诱导的PD中病理性神经活动的调节。我们的发现与先前报道的DBS相关认知功能变化一致,并为STN-DBS对认知表现的有益影响提供证据。

应该注意的是,本研究中的所有患者都使用常规高频STN-DBS进行刺激。因此,我们的结论仅限于这种刺激方案,不能推广到替代频率设置。最近研究表明,认知过程的频率特异性调节可能发生,特别是在theta范围内。例如,STN的theta频率刺激已被证明改善PD患者的工作记忆表现,并通过调节前额网络增强冲突解决。这些发现表明刺激频率可能差异性地激活认知网络,可能通过空间VTA建模未捕获的机制。虽然高频刺激仍是临床标准,但未来研究应系统调查频率特异性刺激模式如何与刺激位置交互以调节认知功能。

STN在心理旋转中的侧化

在我们的研究中,我们发现双侧STN-DBS改善了心理旋转任务的表现。我们还观察到STN右侧(边缘区域)内的电极放置与任务表现呈负相关,表明STN内的刺激位置在调节认知结果中起着关键作用。这些发现为进一步证据提供了支持,即STN以及更广泛的基底神经节可能有助于心理旋转等高级认知过程。此外,我们的结果可能支持基底神经节功能侧化的观点。基底神经节被认为是与心理旋转相关的更广泛皮质-皮质下网络的关键组成部分。由于基底神经节接收来自皮质的广泛投射,它们处于理想位置以整合视空间信息并促进心理旋转所需的神经活动的选择和维持。来自损伤和刺激研究的汇聚证据表明,特别是右侧基底神经节在这些过程中起主导作用。一项案例研究描述了一名右侧基底神经节损伤(影响尾状核、壳核和苍白球)的患者,该患者在心理旋转方面表现出严重受损。该患者在心理变换物体方面存在严重缺陷,特别是在尝试将物体的参考框架映射到自己的自我中心视角时,而其基本视空间和物体识别能力基本保持完整。STN-DBS研究提供的进一步支持表明左侧与右侧刺激的不同效应。Witt等(2006)和Schmalbach等(2014)都报告STN-DBS根据侧化调节视空间注意力。具体而言,左侧STN刺激(即右侧STN-DBS关闭)的PD患者对对侧视觉场的视空间注意力降低,当右侧STN刺激激活时恢复。因此,扰乱或过度刺激与右侧STN相连的网络可能会损害这些功能,这可以解释我们在研究中观察到的结果。同时,观察到的心理旋转表现改善也可以解释为反映了STN-DBS下更有效的基底神经节功能。在这种观点下,观察到的发现可能表明执行功能上的认知负荷减少,这些功能通常被招募以补偿基底神经节相关的效率低下。总之,这些发现强调了基底神经节的功能侧化,并表明包括STN在内的右侧基底神经节网络可能在心理旋转等高级视空间认知中发挥作用。我们的结果可能通过显示右侧边缘STN的潜在(过度)刺激与表现恶化相关而扩展这些发现,而我们未发现左侧STN与表现之间的任何关联。虽然观察到的右侧边缘STN刺激与表现受损之间的关联很明显,但鉴于小样本量,应谨慎解释。数据的视觉检查不表明该效应由离群值驱动;然而,跨验证方法的变异性表明这种侧化发现的稳定性有限,因此应谨慎解释。

STN刺激的拓扑及其功能后果

STN内的电极放置在调节认知结果中起着关键作用。与我们的假设一致,我们预期刺激位置会影响任务表现,STN更腹侧放置的DBS电极(即更接近黑质和边缘区域)导致更多错误,而更背侧放置导致更少错误。我们的结果支持这一假设的第一部分,表明更腹侧的刺激部位确实与表现受损相关。然而,我们未找到证据表明更背侧刺激与认知准确性提高相关。

STN背侧放置的DBS电极通常与更佳的运动结果相关,被广泛认为是缓解PD运动症状的最佳临床刺激靶点。例如,Zhang等(2021)证明,电极放置越接近STN的背外侧感觉运动区域,运动症状改善越大。与外侧放置相比,左侧STN的腹侧、内侧或前部放置尤其与恶化认知症状(如恶化执行功能、言语记忆和言语流畅性)相关。边缘STN亚区域的刺激与包括PD患者中轻躁狂症状出现在内的其他不良影响相关。在此背景下,我们的发现进一步强调刺激边缘STN亚区域不仅带来神经精神风险,还可能导致认知表现缺陷,特别是心理旋转。这对患者的日常生活功能和康复可能具有广泛影响,因为视空间信息处理在PD症状中的作用已得到证实。因此,我们的结果支持DBS电极的精确定位及其参与的网络在塑造认知和运动-认知结果中起关键作用的观点。

局限性

应承认几个局限性。首先,相对较小的样本量限制了统计功效和可推广性。然而,这种限制主要反映了实际挑战,如患者可用性和临床可行性。第二,UPDRS数据不完整,限制了我们稳健地将认知和运动结果相关的可能性。这些值随机缺失,不是由于特定的临床特征,而是归因于临床可行性和实际因素。第三,缺乏眼动追踪数据限制了排除视觉扫描差异作为促成因素的可能性。具体而言,STN-DBS关闭时,PD患者已被报告表达注视障碍,如更短的扫视和右向注视偏差,STN-DBS改善了这些症状。虽然这些效应不太可能完全解释我们的发现,但它们可能影响了患者执行心理旋转任务所需的视觉扫描表现。未来研究应包括眼动追踪,直接评估DBS和认知任务表现相关的扫视行为。第四,尽管我们采用了建立的电极定位和刺激建模方法,但结果应谨慎解释。正如Dembek(2022)所指出的,即使高级方法也面临准确定位DBS效应神经解剖起源的限制。局限性包括成像不准确性、电极定位和刺激模型中的假设,特别是二值化VTA,这可能影响识别的甜点或苦点的大小和形状。第五,鉴于小样本量,预测估计的稳定性应谨慎解释。跨验证方法(k-fold与LOOCV)的差异突显了模型性能估计的变异性,并强调了这些分析的探索性质。第六,刺激频率未明确建模,因为Lead-DBS中实现的VTA方法未将频率作为参数。虽然我们队列中的刺激频率在很大程度上同质且在临床典型的高频范围内,但替代刺激方案(如低频或模式化刺激)对认知表现的潜在影响不能排除,应在未来研究中解决。最后,应谨慎解释在右侧边缘STN观察到的侧化效应,因为其在此小样本中的稳定性有限,不能完全排除个体观察的影响。虽然局部DBS映射仍是一个强大的工具,但其结果必须结合这些方法学限制进行解释。

结论

我们的发现表明STN-DBS可以增强PD患者在心理旋转任务中的认知表现,指出其超越运动症状控制的效应以及基底神经节在高级视空间处理中的参与。同时,这些结果也可能反映STN-DBS下更有效的基底神经节功能,释放了通常被招募以补偿基底神经节相关效率低下的执行功能上的认知负荷。非运动区域的刺激与表现受损相关,强调了个体化靶向的必要性。总之,这些结果突显了在优化DBS治疗时考虑认知结果的重要性,并鼓励进一步研究PD中皮质下神经调节的认知后果。

数据可用性

本研究生成的数据集和分析代码可根据要求向通讯作者AG索取。

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