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为解决传统深部脑刺激（DBS）的副作用问题，研究人员开展了帕金森病（PD）患者自主运动时丘脑底核（STN）β 振荡及其他电生理标志物变化的研究。结果显示，自主运动时 β 和 γ 振荡功率增加等。这有助于提升闭环 DBS 系统有效性。
在帕金森病（Parkinson’s disease，PD）的治疗领域，深部脑刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）技术已经成为一种重要手段。它主要通过对丘脑底核（Subthalamic Nucleus，STN）或苍白球内侧核（Globus Pallidus Internus，GPi）进行刺激，来缓解 PD 患者的运动波动、药物诱导的运动障碍或顽固性震颤等症状。然而，传统的 DBS 存在明显缺陷，它持续不断地进行刺激，且参数固定。这就导致患者容易遭受过度刺激带来的副作用，比如运动障碍、构音障碍、发声困难和共济失调等，不仅影响患者的生活质量，还会增加电池消耗，缩短电池使用寿命。
为了改善这一现状，闭环 DBS（CL-DBS）系统应运而生。它能够根据患者的具体状况和用药水平来调整刺激，有望实现更精准、更有效的治疗。在这个过程中，电生理生物标志物，尤其是来自 DBS 靶点区域（如 STN 和 GPi）的标志物，对于监测运动症状状态和治疗反应至关重要。其中，β 振荡作为 PD 的一个关键电生理标志物，受到广泛关注。但目前关于 PD 患者在持续自主运动过程中 β 振荡变化的研究还不够深入，其变化程度和发展过程仍不明确。而这些信息对于将 β 振荡作为生物标志物应用于 CL-DBS 系统，从而优化刺激参数、提高治疗效果至关重要。
基于此，来自未知研究机构的研究人员开展了一项研究。他们招募了 24 例 PD 患者，在 DBS 植入手术过程中，对患者 STN 的 120 个位点进行记录。同时记录局部场电位（Local Field Potential，LFP）和单单位活动（Single-Unit Activity，SUA），并在静息期、自主运动期和运动后静息期这三个连续阶段进行监测。研究结束后，对这些电生理数据进行离线提取和分析，以探究 PD 患者自主运动过程中相关生物标志物的变化。
研究人员在实验中运用了多种关键技术方法。首先是立体定向手术，采用无框架立体定向技术，通过融合患者的 CT 和 MRI 图像，精准定位 STN 的运动亚区，将 DBS 电极植入其中。其次是微电极记录技术，使用特定的微电极（Model FC2003）同时记录 STN 的 SUA 和 LFP，通过不同的信号处理通道分别进行分析。最后是数据分析技术，利用快速傅里叶变换（FFT）对 LFP 信号进行频谱分析，计算功率谱密度（PSD）来确定 β 振荡的功率，运用 GraphPad Prism 10 软件进行统计学分析。
下面来看具体的研究结果：
- 患者基本信息与实验流程：研究共记录了 24 例 PD 患者 STN 的 120 个位点的 LFP 和 SUA。患者平均年龄为 65.3±1.8 岁，PD 平均病程 12±0.79 年。手术前，患者左旋多巴日等效剂量（LEDD）平均为 1307±91mg / 天，关期和开期的统一帕金森病评定量表（UPDRS）第三部分运动评分分别为 42±2.0 和 12±1.3。每个记录阶段包括 15s 的基线静息期、15s 的自主运动期和 15s 的运动后静息期。
- β 振荡的动态变化：在不同运动状态下，β 振荡的峰值频率在基线静息期、持续自主运动期和运动后静息期都保持在极小范围内，无显著变化，且左右半球之间也无明显差异。这表明 β 振荡的峰值频率较为稳定，可能是 PD 神经活动的可靠生物标志物。而 β 振荡功率的变化则较为复杂，与基线期相比，自主运动期 β 功率显著增加，运动后虽有所下降，但仍高于基线水平。此外，在运动起始阶段，β 功率会短暂下降，随后又显著上升，呈现出双相变化模式。
- γ 振荡的动态变化：γ 振荡的峰值频率在三个阶段同样保持稳定，且左右半球无差异。虽然 γ 振荡功率较低，但在自主运动期相比基线期有显著增加。在运动起始阶段，γ 功率也会短暂下降，之后在持续自主运动期升高。这说明 γ 振荡与 PD 患者的自主运动至少存在部分关联。
- STN 神经元活动变化：STN 的 SUA 显示，运动期神经元的平均放电频率显著高于基线期，运动后又有所下降。而在爆发活动方面，基线静息期有一定水平的爆发活动，运动期爆发率显著降低，运动后虽有所回升，但仍低于运动期。这反映出 STN 神经元在运动控制中的复杂调节作用。
- 运动起始时振荡活动的去同步化：进一步分析发现，自主运动起始时，β 振荡功率和 STN 的放电频率都会升高。但放电频率在运动起始时立即增加，β 振荡功率则在运动起始 2s 后才显著上升，两者变化模式存在差异，暗示它们在运动控制中的不同作用。
研究结论和讨论部分表明，该研究揭示了 PD 患者在自主运动和运动后静息状态下，STN 的 β 振荡、γ 振荡、放电频率和爆发活动都发生了变化。稳定的 β 振荡频率具有生理意义，而运动期 β 功率的增加，尤其是持续运动时的过度同步化，可能与 PD 患者的运动障碍症状相关。γ 振荡虽功率较低，但在运动期也呈现出相对的超同步化和运动起始时的去同步化。STN 神经元放电频率和爆发活动的变化，也表明它们在运动控制中起着重要作用。此外，β 振荡功率和放电频率变化的时间差，可能暗示 β 振荡与运动控制起源的关系。
从临床应用角度来看，这些研究结果对于 CL-DBS 系统的发展意义重大。目前 CL-DBS 系统利用 β 振荡功率变化来自动调节刺激幅度，深入了解 β 振荡在自主运动和 PD 症状中的变化规律，有助于优化 CL-DBS 系统，使其更精准地响应患者的运动状态变化，实现个性化、高效且有效的 DBS 治疗，减少不必要的刺激和副作用，提高患者的整体治疗效果。
