中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所揭示顱內(nèi)電刺激改善個(gè)體情緒狀態(tài)新機(jī)制

近日，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦圖譜與類(lèi)腦智能實(shí)驗(yàn)室腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心蔣田仔團(tuán)隊(duì)在精細(xì)時(shí)空尺度下揭示了在特定情緒狀態(tài)下顱內(nèi)電刺激（intracranial electrical stimulation，iES）調(diào)控眶額皮層（orbitofrontal cortex，OFC）改善個(gè)體情緒狀態(tài)的神經(jīng)電生理機(jī)制。該研究對(duì)開(kāi)發(fā)更精準(zhǔn)有效的情緒障礙治療方案具有重要意義，有望為情緒障礙患者帶來(lái)更切實(shí)的幫助和改善生活質(zhì)量的可能性。相關(guān)研究成果以“State-specific modulation of mood using intracranial electrical stimulation of the orbitofrontal cortex”為題，發(fā)表在《大腦刺激》（Brain Stimulation）上。

近年來(lái)，iES作為治療難治性情緒障礙和改善情緒狀態(tài)的可能性工具而備受關(guān)注。最新研究指出，OFC這一腦區(qū)在情緒加工和情緒障礙中具有重要作用，并在情緒障礙中扮演著“非獎(jiǎng)賞”信號(hào)傳遞的重要角色。盡管有研究發(fā)現(xiàn)，iES調(diào)控OFC能改善情緒狀態(tài)，但與情緒腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他腦區(qū)相比，調(diào)控OFC是否具有更顯著的效果，以及這種調(diào)控效果是否受到個(gè)體當(dāng)前情緒狀態(tài)的影響及潛在的神經(jīng)機(jī)制等問(wèn)題仍有待研究。

為解決以上問(wèn)題，該研究團(tuán)隊(duì)采用多種腦電分析方法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，從局部活動(dòng)和信息交互層面系統(tǒng)解析了iES改善個(gè)體情緒狀態(tài)的最佳靶點(diǎn)、時(shí)機(jī)和神經(jīng)電生理機(jī)制。研究數(shù)據(jù)來(lái)源于24例在情緒腦網(wǎng)絡(luò)中植入顱內(nèi)電極接受iES治療的癲癇患者。研究發(fā)現(xiàn)，顱內(nèi)電刺激調(diào)控OFC改善個(gè)體情緒狀態(tài)的神經(jīng)電生理機(jī)制可以概括為在“正確的地點(diǎn)”“正確的時(shí)間”“做正確的事”。

“正確的地點(diǎn)”指的是只有調(diào)控OFC能有效調(diào)節(jié)情緒狀態(tài)。研究人員基于基線(xiàn)狀態(tài)下的顱內(nèi)腦電數(shù)據(jù)和情緒狀態(tài)評(píng)分發(fā)現(xiàn)，OFC的delta-theta頻段功率的下降反映了個(gè)體情緒狀態(tài)的改善；基于iES調(diào)控中的情緒狀態(tài)評(píng)分發(fā)現(xiàn)，相比于刺激其他腦區(qū)，只有調(diào)控OFC才能有效改善個(gè)體的情緒狀態(tài)評(píng)分；基于iES調(diào)控中OFC的delta-theta功率發(fā)現(xiàn)，相比于刺激其他腦區(qū)，只有調(diào)控OFC才能抑制delta-theta頻段的功率。上述成果表明，iES調(diào)控OFC是改善個(gè)體情緒狀態(tài)的最佳靶點(diǎn)?！罢_的時(shí)間”指的是只有低情緒狀態(tài)下調(diào)控OFC才能夠有效改善情緒。研究進(jìn)一步基于基線(xiàn)狀態(tài)下OFC的delta-theta頻段功率和情緒狀態(tài)評(píng)分，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練了情緒狀態(tài)預(yù)測(cè)模型，在該模型中輸入調(diào)控前個(gè)體OFC的delta-theta頻段功率，預(yù)測(cè)個(gè)體當(dāng)前情緒狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)只有個(gè)體處于低情緒狀態(tài)時(shí)調(diào)控OFC才可有效抑制delta-theta頻段功率，這反映了情緒狀態(tài)的改善，也表明了iES調(diào)控OFC的最佳時(shí)機(jī)?！白稣_的事”指的是調(diào)控OFC引起情緒腦網(wǎng)絡(luò)信息傳遞增加。研究利用不同頻段功率譜和信息傳遞指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，調(diào)控OFC在局部腦區(qū)層面引起低頻功率抑制，高頻功率增加；在信息交互層面增加了情緒腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同腦區(qū)信息傳遞的增加。

上述研究在精細(xì)時(shí)空層面系統(tǒng)揭示了iES調(diào)控OFC改善個(gè)體情緒狀態(tài)的新機(jī)制，為顱內(nèi)電刺激改善情緒的神經(jīng)機(jī)制提供了新見(jiàn)解，有望應(yīng)用于臨床治療中，以幫助更多情緒障礙患者改善癥狀。

該研究工作得到科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題和之江實(shí)驗(yàn)室重大項(xiàng)目的支持。