前额叶-纹状体动态失衡机制与强迫症治疗新靶点的计算建模研究

本研究针对强迫症(OCD)患者前额叶-纹状体神经环路功能失衡的机制难题，通过整合神经影像学与计算建模技术，首次揭示了腹内侧环路自发性神经耦合增强与背外侧环路连接减弱的双向病理特征。研究人员开发了包含动态漂移(η)和波动性(σ)参数的双环路模型，发现同时调节COA（伏隔核-眶额叶耦合）和CPL（外侧前额叶-壳核耦合）可显著改善症状，为精准神经调控提供了新靶点。该成果发表于《Nature Communications》，为理解强迫症的神经环路机制开辟了新途径。

　　

强迫症(OCD)患者常陷入无休止的强迫思维与重复行为，全球约2%人口受此困扰。尽管已知前额叶-纹状体环路功能异常是关键病理特征，但具体神经机制不清，现有治疗对30%患者无效。传统研究面临动物模型与人类脑复杂性不匹配、神经调控靶点不明确等挑战，亟需跨尺度研究框架破解这一难题。

澳大利亚QIMR Berghofer医学研究所的Sebastien Naze团队在《Nature Communications》发表创新研究，通过构建双环路计算模型，首次量化了强迫症患者腹内侧（伏隔核NAcc-眶额叶OFC）与背外侧（壳核Putamen-外侧前额叶LPFC）环路的动态失衡特征。研究发现：强迫症患者腹内侧环路的双向耦合强度(CAO/COA)异常增高，而背外侧环路的正向耦合(CPL)显著降低；同时 striato-cortical（纹状体-皮层）投射的漂移参数(η_OA/η_LP)减慢、波动性(σ_OA/σ_LP)增强。通过150万次虚拟干预模拟，证实同时下调腹内侧耦合与上调背外侧耦合能最有效恢复健康功能连接。该研究为开发靶向神经调控疗法提供了量化依据。

关键技术包括：1）采集52例OCD患者和45例对照的静息态fMRI数据；2）建立包含动态漂移(η)和波动性(σ)参数的双环路Wong-Wang模型；3）采用近似贝叶斯计算(ABC)优化算法拟合群体参数；4）基于数字孪生框架将临床随访数据与模拟干预结果关联验证。

主要研究结果：

A simplified model of frontostriatal brain dynamics

通过单环路模型揭示双稳态机制：当纹状体-皮层耦合(C₁₂)处于特定范围时，系统会自发在低活动态（正常）与高活动态（病理）间切换。功能连接(FC)分析显示，漂移参数η₁₂和非零波动性σ₁₂共同决定状态转换速率。

Frontostriatal changes in ventral and dorsal circuits activity in OCD

四环路模型拟合发现：OCD组腹内侧环路的双向耦合(COA=0.36 vs 对照-0.03；CAO=0.34 vs 0.11)显著增强，而背外侧环路CPL(0.10 vs 0.34)明显减弱。漂移参数η普遍降低（η_OA=0.04 vs 0.05），波动性σ增高（σ_OA=0.27 vs 0.24），提示病理状态下神经耦合更僵化且不稳定。

Defining key neural parameters able to restore healthy functional connectivity

虚拟干预显示：单靶点调节中，增强背外侧CPL耦合效果最佳(AUC=0.634)；多靶点干预时，同时下调腹内侧COA/CAO和上调背外侧CPL可使FC改善率达65%。数字孪生分析证实，临床改善者的参数变化与模拟预测高度吻合（r=0.35）。

Testing model predictions against longitudinal changes

纵向数据验证：症状改善者的数字孪生显示CAO显著降低（p_FWE<0.05），CPL升高。独立HCP数据集分析进一步揭示腹内侧耦合参数COA与延迟折扣任务表现相关（R=0.09），证实模型对跨诊断行为的解释力。

这项研究通过创新性地融合计算神经科学与临床数据，首次量化了强迫症双环路动态失衡的精确参数特征。其重要意义在于：1）提出"双向调节"治疗新范式，解释单一靶点干预疗效受限的原因；2）开发的数字孪生框架可实现个性化参数预测；3）为深部脑刺激(DBS)靶点选择提供理论依据。该模型未来可扩展用于其他精神疾病的环路机制研究，推动神经调控疗法进入精准化时代。