耳廓迷走神經(jīng)電刺激對(duì)情緒 論文

耳廓迷走神經(jīng)電刺激對(duì)情緒論文嚴(yán)重后天性顱腦損傷往往會(huì)導(dǎo)致患者發(fā)生意識(shí)障礙（DoC），其特征在于重要腦區(qū)域的異?；顒?dòng)以及腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和之間的破壞。由于現(xiàn)存的DoC治療手段有限，研究人員探索了新的潛在療法：經(jīng)皮耳廓迷走神經(jīng)刺激（taVNS）。taVNS在意識(shí)恢復(fù)過(guò)程中所起的作用在最近的DoC患者應(yīng)用研究中得到了證實(shí)，但taVNS在促進(jìn)意識(shí)恢復(fù)的作用機(jī)理仍難以確定。本文中，我們首先描述意識(shí)的神經(jīng)相關(guān)性，迷走神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)和功能以及使用taVNS干預(yù)后功能磁共振成像研究的結(jié)果。基于意識(shí)恢復(fù)和taVNS機(jī)制，我們提出了迷走神經(jīng)皮質(zhì)通路模型。該模型強(qiáng)調(diào)了可能對(duì)腦損傷和DoC患者產(chǎn)生影響的四個(gè)路徑（A.下腦干激活B.上腦干激活C.去甲腎上腺路徑D.血清素路徑）。此外，我們提出了六種不同的作用機(jī)制：（1）激活網(wǎng)狀激活系統(tǒng)；（2）激活丘腦；（3）紋狀體激活，并重建皮質(zhì)-紋狀體-丘腦-皮質(zhì)環(huán)；（4）通過(guò)激活顯著性網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)外部和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)性連接；（5）通過(guò)去甲腎上腺素途徑增加外部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的活動(dòng)和連通性；（6）通過(guò)5-羥色胺途徑增加默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的活性。模型的建立旨在解釋taVNS在意識(shí)恢復(fù)過(guò)程中對(duì)大腦活動(dòng)的潛在治療作用。關(guān)鍵腦區(qū)與網(wǎng)絡(luò)獲得性腦損傷是指出生后發(fā)生的，不是遺傳性、先天性、退化性或由出生創(chuàng)傷引起的腦損傷的總稱。導(dǎo)致獲得性腦損傷的病因包括感染、缺氧和腦外傷，它們可誘發(fā)整體或局灶性損傷的病理生理改變（例如：腦血腫，挫傷，彌漫性軸突損傷），這些都可能誘發(fā)意識(shí)障礙。意識(shí)障礙包含昏迷、無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征以及最小意識(shí)狀態(tài)三種類(lèi)型，判斷患者的真實(shí)意識(shí)水平對(duì)醫(yī)生來(lái)說(shuō)具有極高的臨床難度。如果沒(méi)有采用合理且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的量表，可能會(huì)出現(xiàn)高達(dá)40%的誤診率。目前建議使用昏迷恢復(fù)量表修訂版（CRS-R表）對(duì)意識(shí)水平進(jìn)行分類(lèi)。通常認(rèn)為上行網(wǎng)狀激活系統(tǒng)（ARAS）、丘腦和后扣帶回皮層是產(chǎn)生意識(shí)的三個(gè)基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，使用FDG-PET掃描發(fā)現(xiàn)后扣帶回的代謝活性與DoC患者的意識(shí)水平相關(guān)。同時(shí)默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（DMN）、外部額頂網(wǎng)絡(luò)(ExN)和顯著網(wǎng)絡(luò)(SN)同樣對(duì)意識(shí)恢復(fù)具有重要作用。總之，意識(shí)需要:①關(guān)鍵大腦結(jié)構(gòu)活躍性;②內(nèi)部DMN和ExN的連通性;③DMN與ExN之間的負(fù)連接性，這可能由SN控制;④完整的皮質(zhì)-紋狀體-丘腦-皮質(zhì)環(huán)，如中央環(huán)路模型所述。簡(jiǎn)而言之，要恢復(fù)意識(shí)，必須至少部分地重新建立這些結(jié)構(gòu)連接性，并且應(yīng)該有針對(duì)性地采取具體的治療，以促進(jìn)患者的康復(fù)。迷走神經(jīng)迷走神經(jīng)是第十對(duì)顱神經(jīng)，是副交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要神經(jīng)。通過(guò)對(duì)一名顱腦外傷15年后的UWS患者采用迷走神經(jīng)刺激術(shù)（VNS）刺激4周后，觀察到患者的有明顯的臨床改善（CRS-R評(píng)分從5提高到10）。刺激三個(gè)月后，F(xiàn)DG-PET掃描研究顯示枕骨頂額葉皮層、基層神經(jīng)節(jié)和丘腦區(qū)域的活性明顯增強(qiáng)。在6個(gè)月后，腦電圖結(jié)果顯示與意識(shí)相關(guān)的θ功率明顯增強(qiáng)。為了更好的了解經(jīng)皮耳廓迷走神經(jīng)刺激（taVNS）對(duì)大腦活動(dòng)的影響，研究人員選取健康對(duì)照和DoC患者兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行不同的研究。DoC患者為一名73歲心腦復(fù)蘇后50天的UWS女性患者。在使用taVNS之前，患者有清晰的睡眠-覺(jué)醒周期，CRS-R總分為6（滿分23）。接受4周的雙側(cè)刺激后，患者CRS-R分?jǐn)?shù)得到明顯改善（從6升高到13），且診斷結(jié)果從UWS上升到MCS。在對(duì)其他MCS患者和其他創(chuàng)傷性腦損傷參與者的研究中，也證實(shí)了患者行為量表評(píng)分的改善。迷走神經(jīng)皮質(zhì)通路基于迷走神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)，我們以迷走神經(jīng)皮質(zhì)途徑模型為代表（圖1），提出了四個(gè)路徑來(lái)解釋taVNS如何影響大腦活動(dòng)。首先，我們認(rèn)為taVNS會(huì)導(dǎo)致三叉神經(jīng)脊核的激活，進(jìn)而導(dǎo)致孤核束的激活，這兩個(gè)核都位于下腦干（迷走皮質(zhì)模型的路徑A）。其次，這些核團(tuán)投射到腦干上部，直接投射到藍(lán)斑，間接通過(guò)核副囊細(xì)胞和中縫核(迷走神經(jīng)皮質(zhì)模型的路徑B)。第三，藍(lán)斑激活導(dǎo)致NE的釋放，而NE又對(duì)許多大腦區(qū)域產(chǎn)生廣泛的影響（迷走神經(jīng)皮質(zhì)模型的路徑C）。NE可能在不同的層次水平（突觸、細(xì)胞、微電路和網(wǎng)絡(luò)）發(fā)揮作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)反應(yīng)和前額葉活動(dòng)。所有結(jié)構(gòu)層次的互動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知功能，如注意力、情緒、決策、動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)和記憶。NE可用性的提高導(dǎo)致由藍(lán)斑支配的區(qū)域發(fā)生大規(guī)模的腦網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。最后，中縫核激活導(dǎo)致5-羥色胺釋放并影響特定的大腦區(qū)域（迷走神經(jīng)皮質(zhì)模型的路徑D）。這種神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)大腦的某些區(qū)域有親和力，如海馬體、下丘腦、丘腦、伏隔核、小腦、前、后扣帶皮層和背側(cè)前額葉皮層。這些投射增加了DMN的活動(dòng)，減少了感覺(jué)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)。迷走神經(jīng)皮質(zhì)通路在DoC的應(yīng)用基于已經(jīng)討論過(guò)的意識(shí)的神經(jīng)相關(guān)性，我們認(rèn)為可以通過(guò)迷走神經(jīng)皮質(zhì)通路模型來(lái)解釋DoC患者的恢復(fù)情況。我們假設(shè)taVNS遵循上述四個(gè)路徑提高DoC患者的意識(shí)水平，并可以通過(guò)對(duì)大腦活動(dòng)和意識(shí)水平的六種特定作用機(jī)制進(jìn)行解釋?zhuān)▓D2）。首先，根據(jù)路徑A和B，藍(lán)斑和中縫核被激活。這些核團(tuán)位于ARAS，參與覺(jué)醒和一些自主功能的改善（機(jī)制1）。一旦上腦干被激活，則通過(guò)直接投射激活皮層下結(jié)構(gòu)和神經(jīng)遞質(zhì)通路。具體來(lái)說(shuō)，ARAS直接投射到丘腦，進(jìn)而有利于丘腦的激活（機(jī)制2）。丘腦是其中的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，有可能調(diào)節(jié)覺(jué)醒和意識(shí)，是NE和5-羥色胺通路的一部分（迷走神經(jīng)-皮質(zhì)通路模型的路徑C和D）。丘腦活動(dòng)的增加表明紋狀體受到刺激，有助于重建皮質(zhì)-紋狀體-丘腦-皮質(zhì)環(huán)（機(jī)制3），這有可能對(duì)意識(shí)產(chǎn)生重大影響。此外，NE通路（路徑C）也可能影響意識(shí)。其次研究表明，NE增強(qiáng)（路徑C）導(dǎo)致對(duì)刺激的反應(yīng)能力更好，并與γ相干性增加相關(guān)。在DoC患者中，MCS和正常受試者，ExN內(nèi)的γ相干性增強(qiáng)和更高的連通性在感覺(jué)刺激的反應(yīng)中得到了證明，而在UWS患者中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變化。因此，我們認(rèn)為taVNS具有促進(jìn)ExN活性的潛力（機(jī)制5），這對(duì)于改善與環(huán)境的相互作用至關(guān)重要。最后，5-羥色胺途徑（路徑D）可能導(dǎo)致DMN內(nèi)部連接性的增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)mPFC、ACC和PCC的預(yù)測(cè)，它有可能促進(jìn)這些結(jié)構(gòu)之間的連通性（機(jī)制6）。而更高的DMN連通性與代表了更高的意識(shí)水平。總結(jié)迷走神經(jīng)皮質(zhì)通路模型描述了四個(gè)連續(xù)的路徑來(lái)解釋taVNS對(duì)大腦活動(dòng)的影響：A.直接激活腦干下部核團(tuán)；B.激活腦干上部藍(lán)斑和中縫核；C.對(duì)大腦有普遍影響的NE投射；D.5-羥色胺投射至邊緣和DMN結(jié)構(gòu)。針對(duì)DoC患者的特殊情況，我們進(jìn)一步提出了taVNS在意識(shí)恢復(fù)中的六種具體作用機(jī)制：（1）激活A(yù)RAS；（2）丘腦激活；（3）紋狀體的激活，并重建皮質(zhì)-紋狀體-丘腦-皮質(zhì)環(huán)；（4）通過(guò)NE通路改善DMN和ExN的負(fù)性連接，并激活SN；（5）通過(guò)N