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帕金森病（PD）治疗中，多巴胺和深部脑刺激（DBS）的作用机制尚不明确。研究人员通过对 PD 患者进行侵入性神经多部位记录结合全脑连接组学研究，发现二者在局部和宏观尺度有不同及共享的作用效果。该研究为开发先进的闭环神经刺激疗法奠定基础。
帕金森病，这个名字或许并不陌生，它就像一个隐匿在身体里的 “捣蛋鬼”，悄无声息地破坏着人们的神经系统。随着老龄化社会的加剧，帕金森病的发病率逐年上升，给无数患者和家庭带来了沉重的负担。目前，治疗帕金森病的主要方法有服用多巴胺前体左旋多巴和对丘脑底核（STN）进行高频深部脑刺激（DBS） ，但这两种治疗方式的具体作用机制却一直是医学界争论的焦点。
在帕金森病患者中，大脑里的多巴胺能神经元会逐渐减少，导致一系列运动障碍症状。以往的研究发现，帕金森病患者丘脑底核的 β 波段（12 - 30Hz）活动过度同步化，而多巴胺能药物和丘脑底核深部脑刺激都能抑制这种过度同步。然而，多巴胺对超直接通路的影响尚不明确，而且受方法学限制，很难深入研究多巴胺和深部脑刺激对特定通路网络活动的作用。这就像在黑暗中摸索，我们知道治疗方法有效果，却不清楚背后的 “魔法” 是如何施展的。这种知识上的空白，严重阻碍了新型脑回路干预疗法的开发，也限制了深部脑刺激在其他脑部疾病治疗中的应用。
为了揭开这层神秘的面纱，来自德国柏林夏里特医学院（Charité – Universit?tsmedizin Berlin）等多个机构的研究人员展开了一项深入的研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解帕金森病的治疗机制带来了新的曙光。
研究人员采用了一种多模态的研究方法。首先，他们对 21 名帕金森病患者进行了研究，这些患者均因临床需要接受丘脑底核深部脑刺激电极植入手术。在手术过程中，研究人员通过植入的电极，对患者的大脑进行了侵入性的神经多部位记录，获取了大脑皮层和丘脑底核的局部场电位（LFP）信号。同时，他们还利用基于标准 MRI 的全脑连接组学技术，绘制出患者的大脑连接图谱，以了解大脑不同区域之间的联系。
研究结果如下：
- 多巴胺和 DBS 对局部神经活动的不同影响：研究人员通过傅里叶分析，分解了大脑皮层和丘脑底核的振荡活动。结果发现，多巴胺在缓解症状的同时，对大脑不同区域的神经活动有频率特异性的调节作用。在皮层层面，多巴胺抑制典型的高 β（20 - 30Hz）功率，同时增加感觉和顶叶的 μ 节律 /α（8 - 12Hz）功率；在丘脑底核层面，多巴胺抑制低 β（12 - 20Hz）功率。而 DBS 虽然对皮层功率谱没有调节作用，但能抑制丘脑底核的高 β 功率。这表明多巴胺和 DBS 在局部神经活动的调节上有着不同的 “分工”。
- 多巴胺和 DBS 对皮层 - 基底神经节耦合的共同调节机制：为了研究大脑宏观层面的区域间振荡通信，研究人员利用了三种分析方法。结果显示，多巴胺和 DBS 都能显著抑制与超直接通路相关的皮层 - 丘脑底核高 β 耦合，但对低 β 耦合没有影响。此外，DBS 还能提高典型的 μ 节律 /α 耦合。这说明在调节皮层 - 基底神经节耦合方面，多巴胺和 DBS 有着共同的 “目标”，即抑制高 β 耦合，这可能是它们治疗帕金森病的共同机制之一。
- 皮层驱动帕金森病中丘脑底核的 β 活动：研究人员通过多元时间反转格兰杰因果关系分析，发现大脑皮层在 8 - 50Hz 范围内驱动与丘脑底核的连接，且这种驱动在不同药物状态下都存在。而 DBS 能抑制运动皮层到丘脑底核在 26.5 - 30.0Hz 范围内的信息流优势，这表明 DBS 可以选择性地抑制皮层驱动，进一步证实了它对超直接通路活动的调节作用。
- 皮层 - 丘脑底核时间延迟反映通路通信：利用双谱分析估计信息从皮层到丘脑底核的流动时间延迟，研究发现运动皮层 - 丘脑底核通信的最强延迟时间在 25.7 ± 1.8ms，这与多突触间接通路通信的时间一致。此外，在停药状态下，运动皮层 - 丘脑底核在 1 - 9ms 的通信存在显著峰值，符合单突触超直接通路传输时间，但多巴胺和 DBS 都能抑制这一时间段的通信。这进一步支持了抑制超直接通路通信是多巴胺和 DBS 共同治疗机制的假设。
- β 振荡连接与通路结构的关系：通过结合神经影像学的连接图谱分析，研究人员发现高 β 振荡连接与超直接通路的结构连接显著正相关，而低 β 振荡连接与间接通路的功能连接相关。这表明不同频率的 β 振荡连接能够反映不同通路的活动，为理解帕金森病的病理机制提供了新的视角。
在讨论部分，研究人员总结了此次研究的重要意义。首先，他们揭示了多巴胺和 DBS 在局部中尺度和区域间宏观尺度上对大脑回路通信的不同和共享机制。这不仅加深了我们对帕金森病治疗机制的理解，也为开发新一代神经技术提供了理论基础。例如，在自适应 DBS 中，可以根据这些发现，利用侵入性皮层记录来更精准地定制刺激方案，提高治疗效果并减少副作用。其次，研究还发现了一些以往未被记录的现象，如多巴胺对皮层高 β 功率的抑制作用等，这得益于研究中使用的侵入性皮层记录和先进的信号处理方法，为后续研究提供了新的方向。
然而，研究也存在一些局限性。比如，所有记录都是在 DBS 电极植入后几天内进行的，可能受到电极植入 “眩晕效应” 的影响；研究没有对 DBS 治疗期间的症状缓解进行客观测量；研究仅分析了 3 - 100Hz 的频段，可能忽略了更高频率振荡的作用等。但这些局限性并不影响研究成果的重要性，它为未来的研究指明了方向，激励着科研人员进一步探索帕金森病的治疗奥秘。
总的来说，这项研究为帕金森病的治疗提供了重要的理论依据，让我们对多巴胺和深部脑刺激的作用机制有了更深入的理解。它就像一把钥匙，为打开帕金森病治疗的新大门提供了可能，有望帮助数百万帕金森病患者减轻痛苦，重新找回生活的希望。
