《Progress in Oceanography》：Thalamocortical structural connectivity with sleep oscillatory coupling in insomnia disorder
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失眠症患者的丘脑-皮层白质连接异常及rTMS干预效应研究。通过62例失眠症患者与62名健康对照的队列分析，发现患者左、右丘脑与感觉皮层及前额叶皮层的连接强度显著降低（P<0.05）。经20次1Hz rTMS治疗后，右丘脑-前额叶皮层（r=0.6143, 95%CI 0.24-0.83）及右丘脑-感觉皮层（r=-0.59, 95%CI -0.83~-0.17）连接强度改善，伴随睡眠慢波-纺锤波耦合增强及匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）下降。提示rTMS通过调节右丘脑-皮层连接改善失眠症状。
邵子强|杜哲|蔡素萍|刘嘉毅|赵旭萌|余大华|盛晓娜|朱一飞|袁凯
西安电子科技大学生命科学技术学院，中国山西省西安市710071
摘要
背景
丘脑-皮层相互作用在睡眠振荡活动中起着关键作用。然而，在失眠症（ID）患者中，这些神经回路的结构组织、它们与睡眠振荡耦合的关系以及它们是否可以通过重复经颅磁刺激（rTMS）进行调节仍不清楚。
方法
在研究1中，我们招募了62名失眠症患者和62名健康对照组，使用概率纤维追踪技术评估了丘脑亚区域与皮层区域之间的白质纤维强度。在研究2中，我们对患者进行了20次1 Hz的rTMS治疗（活性组与假对照组），并通过多导睡眠图评估了丘脑-皮层连接性和睡眠振荡的变化。
结果
观察到投射到左侧前额叶皮层（PFC）和双侧感觉皮层（SC）的纤维束存在异常的丘脑结构连接性。治疗后，右侧丘脑与PFC和SC之间的纤维强度发生了显著变化，同时慢波（SW）-纺锤波耦合也有所改善。此外，右侧丘脑–PFC纤维强度的变化与主观睡眠质量的改善相关（匹兹堡睡眠质量指数，PSQI；r = 0.6143；95% CI，0.24至0.83，p = 0.004），而右侧丘脑–SC纤维强度的变化与SW–纺锤波耦合相关（rTMS后：r = ?0.59；95% CI，?0.83至?0.17，p = 0.011）。
结论
这些发现加深了我们对细分丘脑-皮层回路和睡眠振荡耦合在失眠症病理生理学中作用的理解，并表明rTMS可以调节这些通路，从而改善睡眠质量。
引言
失眠症（ID）的特点是整体睡眠结构和局部睡眠振荡的紊乱（US APAD-TFAV，2013），通常伴有认知功能障碍（Hobson，2005）。ID患者的睡眠-觉醒周期失调与促进睡眠和觉醒的神经系统之间的协调功能障碍密切相关，这种失调受到内部和外部因素的影响（Brown，2016）。这些紊乱涉及“自下而上”的通路（即上升性网状觉醒系统，ARAS）和“自上而下”的通路（Krone等人，2017；Riemann等人，2015）。ARAS起源于脑干并投射到丘脑，增强丘脑-皮层的信息传递和皮层激活（Jones，2003；McCormick，1989）。而“自上而下”的调节通过皮层-丘脑-皮层反馈回路实现，突显了中央-前额叶皮层区域在调节警觉性和睡眠-觉醒转换中的作用（Krone等人，2017）。值得注意的是，这两条通路都在以丘脑为中心的回路中汇聚，而在ID患者中观察到与丘脑相关的白质（WM）纤维束的微结构异常（Li等人，2016；Kang等人，2018）。然而，丘脑由多个不同的核团组成，这些核团以高度有序的方式投射到皮层（Gent等人，2018a），细分丘脑-皮层WM连接性在ID病理生理学中的作用仍不清楚。此外，重复经颅磁刺激（rTMS）已被证明是一种安全有效的改善失眠症状的方法（Herrero Babiloni等人，2021；Li等人，2022；Shao等人，2024）。然而，目前尚不清楚rTMS是否能够调节丘脑-皮层WM通路。
丘脑-皮层回路对于产生两种典型的睡眠振荡——慢波（SWs）和睡眠纺锤波（Iavarone等人，2023；Adamantidis等人，2019；Barthó等人，2014；Mak-McCully等人，2017）至关重要。尽管在ID患者中报告了SW和纺锤波特征的异常，但研究结果并不一致（Besset等人，1998；Andrillon等人，2020；Conte等人，2023；Bastien等人，2009；Castro等人，2013）。越来越受到关注的是SW和纺锤波之间的耦合，因为这两种节律之间的精确时间协调被认为有助于记忆巩固和认知完整性（Muehlroth等人，2019；Schreiner等人，2021）。研究表明rTMS可以调节ID患者的静息态脑电图并增强相位-幅度耦合（Guo等人，2023a；Guo等人，2023b；Zhang等人，2023），但它是否能够改善SW–纺锤波耦合仍是一个未解之谜。此外，由于结构连接性限制了大规模的神经动态（Betzel等人，2019；Avena-Koenigsberger等人，2017），健康个体之间睡眠振荡的个体差异与WM微结构有关（Piantoni等人，2013）。然而，丘脑-皮层结构连接性与ID患者睡眠振荡耦合之间的关系尚未得到系统研究。
因此，本研究有三个主要目的。首先，我们探讨了通过概率纤维追踪技术估计的丘脑-皮层纤维强度是否可以作为ID患者睡眠质量的潜在生物标志物（Behrens等人，2003a；Behrens等人，2007）。其次，我们研究了20次低频rTMS治疗是否能够诱导丘脑-皮层结构连接性的可塑性变化，并通过多导睡眠图（PSG）改变睡眠振荡活动。最后，我们探讨了rTMS后丘脑-皮层纤维强度的变化是否与睡眠质量和SW–纺锤波耦合的改善相关。
材料与方法
所有程序均符合赫尔辛基宣言。该研究获得了中国河北省石家庄市河北医科大学第二医院医学研究伦理委员会的批准（批准编号：2024-R740），并在中国临床试验注册系统中进行了注册（注册编号：ChiCTR2400094291）。所有参与者都收到了关于实验程序的完整说明和书面知情同意书。
ID患者的异常丘脑-皮层结构连接性
在研究1中，与健康对照组相比，ID患者的左侧丘脑与感觉皮层（SC）之间的纤维强度降低（t = 2.225，df = 122，p = 0.028），左侧丘脑与前额叶皮层（PFC）之间的纤维强度降低（t = 2.049，df = 122，p = 0.043），以及右侧丘脑与SC之间的纤维强度降低（t = 3.752，df = 122，p < 0.001）。右侧丘脑与PFC之间的纤维强度没有显著差异（t = ?1.535，df = 122，p = 0.127）。其他丘脑-皮层纤维束没有显示出显著差异
讨论
丘脑与皮层之间的相互作用对于睡眠期间慢波（SWs）和睡眠纺锤波（spindles）的生成和协调至关重要（Adamantidis等人，2019；Mak-McCully等人，2017；Gent等人，2018b；Lemieux等人，2014）。然而，特定丘脑-皮层结构通路在这些振荡过程中的作用，尤其是在ID患者中，仍不清楚。在本研究中，我们发现了ID患者中丘脑-皮层WM连接性的紊乱，这些紊乱与
伦理批准和同意
所有程序均符合赫尔辛基宣言。该研究获得了中国河北省石家庄市河北医科大学第二医院医学研究伦理委员会的批准（参考编号：2024-R740；日期：2024年11月29日），并在中国临床试验注册系统中进行了注册（注册编号：ChiCTR2400094291）。所有参与者都收到了关于实验程序的完整说明和书面知情同意书。
致谢和资金来源
CRediT作者贡献声明
邵子强：撰写——初稿、可视化、方法学、调查、数据分析、概念化。杜哲：验证、数据分析。蔡素萍：软件、数据管理。刘嘉毅：方法学、调查。赵旭萌：调查。余大华：资金获取、概念化。盛晓娜：监督、资源管理、方法学。朱一飞：监督、资源管理、概念化。袁凯：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
