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脑深部电刺激对意识障碍患者脑结构的影响

2021-04-25 李慧堂 冯军峰 王知秋

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意识障碍是缺氧或创伤性脑损伤的主要后果之一。




































































































































克罗地亚杜布拉瓦大学医院神经外科的Marina Raguž等对特定的皮质和皮质下结构进行容积分析,以确定DBS对DOC患者的脑结构重组产生的影响,结果发表于2021年2月的《Scientific Reports》在线。


——摘自文章章节


【Ref: Raguž M, et al. Sci Rep. 2021 Feb 23;11(1):4401. doi: 10.1038/s41598-021-83873-y.】


研究背景




意识障碍(disorders of consciousness,DOC)是缺氧或创伤性脑损伤(TBI)的主要后果之一。DOC可以是急性和可逆的,如创伤后自然恢复的短暂过程;也可以是慢性和不可逆的,如无反应性觉醒综合征(UWS)。DOC严重而长期迁延,而且无法医治,严重影响患者的生活质量。到目前为止,已经有多项研究通过脑深部电刺激(DBS)试图恢复DOC患者的意识。然而,研究结果常缺乏DBS治疗后大脑结构和功能变化的详细数据。克罗地亚杜布拉瓦大学医院神经外科的Marina Raguž等对特定的皮质和皮质下结构进行容积分析,以确定DBS对DOC患者的脑结构重组产生的影响,结果发表于2021年2月的《Scientific Reports》在线。

研究方法



该回顾性研究,根据神经生理评分、12或24小时脑电图(EEG)和MRI成像等三个主要因素选择DOC患者。其中,神经生理学指标是可记录的体感诱发电位(SEP)、运动诱发电位和脑干听觉诱发电位,以及潜伏期延长或中枢传导时间等病理学参数。最终纳入5例DOC患者,其初始结构经MRI扫描显示无任何脑部病变。DBS电极单侧植入到丘脑内核群的中央中核-束旁核复合体(centro-median parafascicule complex,CM-pf)。植入后第3天,开始电极刺激,以最小的电流(25Hz频率,90s脉冲持续时间,电压2.5–3.5V)引发最强的唤醒反应。白天每两小时刺激30分钟,DBS电极植入后刺激持续时间长达10个月。意识恢复使用标准的RapPaport残疾评定(RDR)和昏迷/近乎昏迷(C/NC)分级量表进行评估。脑MRI扫描容积测量3次,分别在DBS植入前、DBS植入1年后和DBS施行7年后进行。容积分析包括区域皮质体积和厚度的变化,以及皮质下结构的变化(图1)。


图1. a.使用CIVET进行体积分析;b.使用volBrain软件进行皮质下结构分割。

研究结果



结果显示,在DBS植入后1年和7年,边缘系统皮质(如海马旁回和扣带回)和边缘旁皮质(如岛叶)区体积明显增大,并呈现局部皮质增厚的趋势。DBS植入后1年和7年,相关皮质下结构,如尾状核、海马和杏仁核的体积明显增大;同时,壳核和伏隔核体积也增大。苍白球和丘脑的体积随着时间的推移而减少,尤以丘脑体积减少最为明显。


结论



综上所述,该研究结果与既往采用DBS监测脑体积变化的研究结果一致,支持DBS植入CM-pf复合体可能对大脑功能和结构有广泛影响的观点。但大脑体积变化的机制,以及DOC患者的脑结构变化是由意识恢复还是DBS刺激引起的,仍然有争议。在未来的研究中,对大脑皮质或脑深部结构进行不同的MRI体积分析,可能有助于识别细胞类型和获取体积变化的更多资料。

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