学术分享 | 神经调控技术在卒中功能评估与改善中的应用—首都医科大学附属北京天坛医院李子孝教授

神经调控技术是一种利用植入性或非植入性技术可逆性调控中枢神经 、外周神经或自主神经系统活性，从而改善患者的症状 、提高其生活质量的生物医学工程技术。

神经调控种类

脑深部电刺激（DBS）将刺激电极植入脑实质，连接到可植入的脉冲刺激器，将电脉冲长期传送到目标脑结构。

迷走神经电刺激（VNS）通过刺激颈部迷走神经，将冲动传入中枢后产生相应神经活动。

经颅直流电刺激（tDCS）将微弱的直流电流（同侧是1～2 mA）通过电极片作用于头颅表面，使所刺激的皮质区神经元兴奋性发生改变。

经颅磁刺激（TMS）运用变化电流通过线圈产生一个可变的磁场，形成的磁信号无衰减透过头颅进而刺激大脑皮层，产生感应性生物电流影响神经细胞的电活动。

神经调控技术的机制

调节大脑可塑性。神经细胞轴突的侧枝出芽、新生的侧枝建立新的突触联系、兴奋性神经递质及受体的变化、脑组织胶质细胞数量的变化。

影响膜电位和离子通道。直接作用于膜电位和离子通道，使神经元的静息电位发生改变，从而调节皮质兴奋性，发挥调控神经元活动的作用。

调节炎性反应、抗神经细胞凋亡。在脑卒中超急性期通过影响小胶质细胞极化、抑制CIP星形胶质细胞的活化和抑制炎症反应而降低梗死面积和神经元凋亡，从而加速功能恢复。

增加大脑血流量。通过改变皮质兴奋性影响神经－血管耦合或调节脑血管反应性，改善脑卒中后损伤大脑的血液灌注及脑代谢，挽救缺血半暗带可逆转的脑组织，从而实现神经保护作用。

调节神经网络。诱导的皮层下网络的同步和共振，可以增强脑内不同区域的功能连通性。

非侵入性神经调控技术

TMS利用脉冲磁场作用于中枢神经系统，改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。

TMS的种类

重复经颅磁刺激（rTMS）是一连串持续作用于大脑局部的TMS脉冲，刺激强度不变，刺激频率1-20Hz或更高。单脉冲TMS（sTMS）指每次输出一个脉冲刺激，可用于患者初次治疗前静息或活动运动阈值（MT）、运动诱发电位（MEP）、中枢传导时间（CMCT）、皮质静息期（CSP）等检测。爆发模式脉冲刺激（bursts TMS）将一种固定频率脉冲嵌套在另一种固定频率脉冲中的刺激模式，常用爆发模式有theta burst序列（TBS），3个连续50Hz脉冲嵌入5Hz脉冲中。成对TMS（pTMS）指具有锁时关系的两个脉冲刺激，两个脉冲成对出现，两脉冲间通过时间间歇（ISI）不同产生不同的生物学效应，ISI通常从0到50ms可调。

 

rTMS对皮层的影响

兴奋性 rTMS 对同侧皮层的理论影响：同侧皮质兴奋性降低可能导致皮质脊髓传递减少，从而导致瘫痪上肢的运动功能减弱。同侧兴奋性rTMS 可能会增加受损皮质的兴奋性，从而有助于增强皮质脊髓传递，从而可能导致瘫痪上肢更好的运动功能。

抑制性 rTMS对侧皮层的理论影响：通过胼胝体从对侧皮质到同侧皮质的半球间抑制IHI增加可能导致同侧皮质脊髓兴奋性降低和麻痹上肢运动功能减弱。对侧抑制性 rTMS 可抑制对侧至同侧IHI 并有助于改善同侧皮质脊髓传导，从而可能导致更好地麻痹上肢运动功能。

 

MS刺激参数

rTMS效果可能受到病灶区大小、损伤部位、刺激参数、线圈定位方式、靶点选择等多种因素的影响。不同研究和个体间的刺激效果大不相同，限制了TMS在研究或临床环境中的大规模应用。

 

侵入性神经调控技术

DBS 是一种侵入性的神经调节形式，需要在脑实质中植入刺激电极，将它们连接到可植入脉冲发生器 （IPG），并使用它们将电脉冲长期传递到目标脑结构。

 

DBS 是公认的安全有效的运动障碍治疗方法，如帕金森病、特发性震颤和肌张力障碍。

 

DBS在卒中后的运动障碍的应用较少，相关研究多是病例报道，而不是盲法、假对照试验。荟萃分析发现在内囊后肢（PLIC）植入DBS后可改善运动功能；DBS改善卒中后运动功能的机制尚不清楚。

 

迷走神经刺激术（VNS）最早用于治疗难治性癫痫，其安全性和有效性已得到了验证。迷走神经刺激术还应用于丛集性头痛和偏头痛的治疗。VNS可通过增加大鼠运动皮层神经元突触连接，提高大脑皮质可塑性，改善前肢运动功能。VNS在缺血性卒中功能治疗中的良好效果，为缺血性卒中功能开辟了新思路。（VNS）机制可能为迷走神经刺激促进神经递质释放和突触连接形成，增加神经可塑性，VNS还可通过抑制脑缺血性卒中急性期扩散性去极化效应和神经炎症，促进脑组织恢复。

 

 

结合多模态神经影像技术

神经调控技术需个性化。脑卒中后神经网络相互作用及功能模式仍有待进一步探索。目前，大部分研究仍以经典的半球间竞争模型为基础，即认为应抑制健侧皮质过度的兴奋。

 

多模态神经影像技术改善卒中后功能恢复的关键是更全面地理解和映射依赖于经验的神经可塑性；影像技术∶白质和灰质的体积分析、使用扩散成像对白质连接性进行分析、使用磁共振波谱 （MRS）量化代谢变化、使用 fMRI 和脑电图（EEG）绘制大脑活动图来实现对大脑的详细结构评估，rTMS调节皮质兴奋性来评估依赖于经验的神经可塑性。