脑深部电刺激技术的神经机制

最近，由中科院心理所罗非研究员与北卡罗来那州神经科学研究所的张景渝教授共同发表了一篇综述。该综述讨论了脑深部电刺激技术（deep  brain  stimulation，DBS）应用在患有帕金森氏症（Parkinson’s  diseases，PD）的啮齿类动物模型上的神经机制。相关论文发表在爱思唯尔期刊《神经学与生物行为评论》（Neuroscience  and  Biobehavioral  Reviews）上。



近十年来，DBS作为一种对包括PD在内的多种神经疾病有效的治疗方法已重新发展起来。尽管它的疗效显著，但其发生作用的内在机制尚不清楚。在解释DBS如何减轻帕金森症状的研究中，动物模型显得至关重要。但是，在早期的DBS研究中，动物模型的发展落后于DBS的临床应用。本综述旨在对DBS研究所使用的几种啮齿类动物模型做一总结及讨论，并介绍了一些考察DBS的作用机制的电生理和神经化学研究。



在过去的30年中，啮齿类动物模型已广泛用于PD的研究。这些研究PD的大鼠模型可以用来研究DBS的作用及其发挥作用的机制。如：跑步运动模型（Treadmill  locomotion  model）用来评估正常和病理状态下的感觉运动功能，将这一可测量的研究PD的跑步模型用于DBS的研究非常合适。测量跑步机上大鼠的位置能很容易得评估DBS刺激引起的改善，因此DBS的效果能很好的在这一模型上测量出来，这使之成为研究DBS的神经机制的一种非常有用的工具。四肢的不对称使用模型（Limb  use  asymmetry  model）用来测量PD的运动功能，文中介绍了这个模型用于评估DBS有效性的优势。其中包括它的客观性，操作简单、快捷以及敏感性等。反应时模型（Reaction  time  model）用于测量帕金森病人的感觉运动功能缺失。已有研究将选择反应时任务用于正常的和多巴胺（DA）耗尽的大鼠上来研究DBS刺激丘脑底核（subthalamic  nucleus，STN）的作用。



为了检验DBS是否能够调节帕金森病人的感觉运动整合过程，作者使用刺激胡须方法来研究DBS在单侧多巴胺耗竭大鼠的感觉运动整合过程中的作用。初步的结果显示DBS刺激STN能显著增加刺激损毁对侧胡须时的反应时等，这些发现为DBS能够恢复感觉刺激后的运动反应提供了证据。



PD病人运动症状发生的经典理论模型是由于缺乏足够的DA，以致STN活动增加，从而导致黑质网状部（substantia  nigra  pars  reticulata，SNr）和苍白球内部（globus  pallidus  interna，GPi）的抑制性输出增加。这些反应又导致丘脑内部的抑制性活动增强，这些抑制性活动可能会抑制或阻断运动区用来产生随意运动的激活的时空模式。关于DBS的体外研究支持了这一理论假设。在麻醉和清醒动物上进行的活体研究也已揭示了一些完好神经回路的反应，为这一理论假设提供了活体研究证据。最重要的是，在自由活动的动物上对产生了行为效应的DBS引起的神经反应进行记录，从而提供了一种考察DBS如何调节基底神经节—丘脑皮层回路进而改善运动功能的方法。文章还介绍了DBS能够调节放电频率，使不规则的爆发式放电模式正常化，并且能减少与帕金森氏症相关的低频振荡。本文作者的一些研究还解释了DBS在改进与运动行为相关的神经环路上的作用机制。



最后，作者对DBS研究的重大发现进行了总结并展望了这一技术的发展前景和未来方向。