近年來，通過手術(shù)在腦內(nèi)植入電極的腦深部電刺激術(shù)（DBS）已成為治療大腦疾病的重要神經(jīng)調(diào)控方法。但DBS的作用機(jī)制仍處于探索階段。近期，德國(guó)柏林夏里特醫(yī)學(xué)院李寧飛博士等人領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在與DBS相關(guān)的大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)研究方面取得重要進(jìn)展。圍繞這一開創(chuàng)性的研究成果，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了李寧飛博士。
首次提出大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)
“我們首次從連接組學(xué)角度，應(yīng)用纖維束過濾方法，研究了單一刺激靶點(diǎn)（丘腦底核）、多種不同疾病的深部腦刺激手術(shù)患者的連接組學(xué)特征，識(shí)別出4種疾病不同的功能失調(diào)回路。”李寧飛介紹說，“在此基礎(chǔ)上，我們提出了人類大腦功能障礙連接組的概念，與之相應(yīng)的大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)圖譜將成為治療相關(guān)大腦疾病的重要參考和依據(jù)。”
該研究由李寧飛博士和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院安德里亞斯·霍恩博士共同領(lǐng)導(dǎo)，相關(guān)成果作為封面文章發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上。李寧飛表示：“將基于連接組學(xué)的個(gè)性化模型應(yīng)用于DBS，我們是首創(chuàng)的。我們一直在做DBS神經(jīng)影像方面的研究，接觸到很多大腦疾病的數(shù)據(jù)。而丘腦底核是多種疾病的共同刺激靶點(diǎn)。因此，我們對(duì)大腦疾病之間的共性和差異非常感興趣。不同疾病患者的失調(diào)神經(jīng)回路有什么區(qū)別，有沒有特異性，如何通過神經(jīng)影像去觀測(cè)和分析相關(guān)的神經(jīng)回路，能否針對(duì)性地構(gòu)建可預(yù)測(cè)的模型等。”
開創(chuàng)性研究獲得同行認(rèn)可
李寧飛說：“4年前，我們以強(qiáng)迫癥為例，基于分別采用不同刺激靶點(diǎn)的兩組病人數(shù)據(jù)，用連接組學(xué)方法構(gòu)建了一個(gè)神經(jīng)纖維束模型，發(fā)現(xiàn)一個(gè)可作為潛在臨床刺激靶點(diǎn)的共性纖維束。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》雜志上，獲得了很高的引用，引發(fā)了廣泛反響。”
記者了解到，在這篇論文發(fā)表后6個(gè)月內(nèi)，全球至少有4個(gè)研究機(jī)構(gòu)復(fù)現(xiàn)和驗(yàn)證了該研究結(jié)果。一年后，美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院采用盲法檢驗(yàn)的方式進(jìn)一步驗(yàn)證了研究結(jié)果，確認(rèn)了論文中發(fā)表的纖維束與患者的臨床表現(xiàn)高度相關(guān)。
一周前，李寧飛團(tuán)隊(duì)另一篇關(guān)于面向個(gè)體化的深部腦刺激的文章也被《自然·通訊》雜志接收。“不同大腦疾病會(huì)有一些癥狀是交叉的，而即使同一種疾病，不同患者的癥狀也是千差萬別，只有以癥狀而不是以疾病為出發(fā)點(diǎn)，才能針對(duì)不同患者制定個(gè)體化的治療方案。”李寧飛介紹說，“我們基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)應(yīng)用連接組學(xué)方法構(gòu)建了癥狀相關(guān)的精細(xì)化模型，通過電腦模擬和仿真即可給出刺激觸點(diǎn)和刺激幅度等建議，用以輔助臨床醫(yī)生快速便捷地制定優(yōu)化的程控刺激方案。與德國(guó)維爾茨堡大學(xué)醫(yī)院的合作驗(yàn)證了我們的方法和模型可很好預(yù)測(cè)患者的臨床效果。”
無私付出帶來廣泛國(guó)際合作
李寧飛團(tuán)隊(duì)的研究都基于自己編寫的軟件平臺(tái)Lead-DBS。這是目前唯一一個(gè)開源、免費(fèi)、綜合性的、針對(duì)深部腦刺激領(lǐng)域的神經(jīng)影像分析平臺(tái)。截至2023年，下載量已超過65000多次，被1000多篇文章引用，用戶遍及97個(gè)國(guó)家，獲得研究人員和臨床醫(yī)生的高度評(píng)價(jià)。瑞士伯爾尼大學(xué)一位神經(jīng)外科教授表示：“Lead-DBS是近年來DBS研究領(lǐng)域內(nèi)最重要的進(jìn)展之一。”
這一軟件平臺(tái)在業(yè)界贏得了良好口碑。李寧飛很自豪地說：“除了科研人員，臨床醫(yī)生也對(duì)這一軟件平臺(tái)很感興趣。術(shù)后用我們的軟件進(jìn)行電極重建，不僅能看到電極的精確位置，還能同步顯示相關(guān)大腦圖譜，有助于醫(yī)生進(jìn)行術(shù)后評(píng)估和程控。此外，還可計(jì)算出電刺激所影響的大腦區(qū)域和激活的神經(jīng)纖維束，以便進(jìn)一步分析和探究深部腦刺激所調(diào)控的神經(jīng)回路。我們還設(shè)計(jì)了專門的工具進(jìn)行組分析，可根據(jù)一組病人的影像數(shù)據(jù)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。”
李寧飛團(tuán)隊(duì)的無私付出帶來了廣泛的國(guó)際合作。通過線上交流平臺(tái)回答使用者的提問，他們得到了全球眾多研究人員和醫(yī)生的充分信任，愿意共享數(shù)據(jù)進(jìn)行合作，也因此推動(dòng)了科研成果向臨床轉(zhuǎn)化。李寧飛說：“從2014年到現(xiàn)在，霍恩博士和我投入了大量時(shí)間和精力來開發(fā)這個(gè)系統(tǒng)。在滿足自己研究需要的同時(shí)，能夠開源并免費(fèi)讓大家使用，我們感到十分欣慰，我們相信這將促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究和社區(qū)的發(fā)展。”
近年來，通過手術(shù)在腦內(nèi)植入電極的腦深部電刺激術(shù)（DBS）已成為治療大腦疾病的重要神經(jīng)調(diào)控方法。但DBS的作用機(jī)制仍處于探索階段。近期，德國(guó)柏林夏里特醫(yī)學(xué)院李寧飛博士等人領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在與DBS相關(guān)的大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)研究方面取得重要進(jìn)展。圍繞這一開創(chuàng)性的研究成果，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了李寧飛博士。
首次提出大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)
“我們首次從連接組學(xué)角度，應(yīng)用纖維束過濾方法，研究了單一刺激靶點(diǎn)（丘腦底核）、多種不同疾病的深部腦刺激手術(shù)患者的連接組學(xué)特征，識(shí)別出4種疾病不同的功能失調(diào)回路。”李寧飛介紹說，“在此基礎(chǔ)上，我們提出了人類大腦功能障礙連接組的概念，與之相應(yīng)的大腦功能失調(diào)網(wǎng)絡(luò)圖譜將成為治療相關(guān)大腦疾病的重要參考和依據(jù)。”
該研究由李寧飛博士和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院安德里亞斯·霍恩博士共同領(lǐng)導(dǎo)，相關(guān)成果作為封面文章發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上。李寧飛表示：“將基于連接組學(xué)的個(gè)性化模型應(yīng)用于DBS，我們是首創(chuàng)的。我們一直在做DBS神經(jīng)影像方面的研究，接觸到很多大腦疾病的數(shù)據(jù)。而丘腦底核是多種疾病的共同刺激靶點(diǎn)。因此，我們對(duì)大腦疾病之間的共性和差異非常感興趣。不同疾病患者的失調(diào)神經(jīng)回路有什么區(qū)別，有沒有特異性，如何通過神經(jīng)影像去觀測(cè)和分析相關(guān)的神經(jīng)回路，能否針對(duì)性地構(gòu)建可預(yù)測(cè)的模型等。”
開創(chuàng)性研究獲得同行認(rèn)可
李寧飛說：“4年前，我們以強(qiáng)迫癥為例，基于分別采用不同刺激靶點(diǎn)的兩組病人數(shù)據(jù)，用連接組學(xué)方法構(gòu)建了一個(gè)神經(jīng)纖維束模型，發(fā)現(xiàn)一個(gè)可作為潛在臨床刺激靶點(diǎn)的共性纖維束。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》雜志上，獲得了很高的引用，引發(fā)了廣泛反響。”
記者了解到，在這篇論文發(fā)表后6個(gè)月內(nèi)，全球至少有4個(gè)研究機(jī)構(gòu)復(fù)現(xiàn)和驗(yàn)證了該研究結(jié)果。一年后，美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院采用盲法檢驗(yàn)的方式進(jìn)一步驗(yàn)證了研究結(jié)果，確認(rèn)了論文中發(fā)表的纖維束與患者的臨床表現(xiàn)高度相關(guān)。
一周前，李寧飛團(tuán)隊(duì)另一篇關(guān)于面向個(gè)體化的深部腦刺激的文章也被《自然·通訊》雜志接收。“不同大腦疾病會(huì)有一些癥狀是交叉的，而即使同一種疾病，不同患者的癥狀也是千差萬別，只有以癥狀而不是以疾病為出發(fā)點(diǎn)，才能針對(duì)不同患者制定個(gè)體化的治療方案。”李寧飛介紹說，“我們基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)應(yīng)用連接組學(xué)方法構(gòu)建了癥狀相關(guān)的精細(xì)化模型，通過電腦模擬和仿真即可給出刺激觸點(diǎn)和刺激幅度等建議，用以輔助臨床醫(yī)生快速便捷地制定優(yōu)化的程控刺激方案。與德國(guó)維爾茨堡大學(xué)醫(yī)院的合作驗(yàn)證了我們的方法和模型可很好預(yù)測(cè)患者的臨床效果。”
無私付出帶來廣泛國(guó)際合作
李寧飛團(tuán)隊(duì)的研究都基于自己編寫的軟件平臺(tái)Lead-DBS。這是目前唯一一個(gè)開源、免費(fèi)、綜合性的、針對(duì)深部腦刺激領(lǐng)域的神經(jīng)影像分析平臺(tái)。截至2023年，下載量已超過65000多次，被1000多篇文章引用，用戶遍及97個(gè)國(guó)家，獲得研究人員和臨床醫(yī)生的高度評(píng)價(jià)。瑞士伯爾尼大學(xué)一位神經(jīng)外科教授表示：“Lead-DBS是近年來DBS研究領(lǐng)域內(nèi)最重要的進(jìn)展之一。”
這一軟件平臺(tái)在業(yè)界贏得了良好口碑。李寧飛很自豪地說：“除了科研人員，臨床醫(yī)生也對(duì)這一軟件平臺(tái)很感興趣。術(shù)后用我們的軟件進(jìn)行電極重建，不僅能看到電極的精確位置，還能同步顯示相關(guān)大腦圖譜，有助于醫(yī)生進(jìn)行術(shù)后評(píng)估和程控。此外，還可計(jì)算出電刺激所影響的大腦區(qū)域和激活的神經(jīng)纖維束，以便進(jìn)一步分析和探究深部腦刺激所調(diào)控的神經(jīng)回路。我們還設(shè)計(jì)了專門的工具進(jìn)行組分析，可根據(jù)一組病人的影像數(shù)據(jù)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。”
李寧飛團(tuán)隊(duì)的無私付出帶來了廣泛的國(guó)際合作。通過線上交流平臺(tái)回答使用者的提問，他們得到了全球眾多研究人員和醫(yī)生的充分信任，愿意共享數(shù)據(jù)進(jìn)行合作，也因此推動(dòng)了科研成果向臨床轉(zhuǎn)化。李寧飛說：“從2014年到現(xiàn)在，霍恩博士和我投入了大量時(shí)間和精力來開發(fā)這個(gè)系統(tǒng)。在滿足自己研究需要的同時(shí)，能夠開源并免費(fèi)讓大家使用，我們感到十分欣慰，我們相信這將促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究和社區(qū)的發(fā)展。”
本文鏈接：借深腦刺激繪制腦回路圖http://m.sq15.cn/show-2-4720-0.html
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