脊髓刺激通过β振荡触发恢复帕金森病动物模型及患者运动功能：机制与临床转化研究

　　本研究针对帕金森病（PD）步态障碍尤其是冻结步态（FOG）的治疗难题，开发了β振荡触发的脊髓背柱刺激（BT-DCS）新技术。在6-OHDA损伤大鼠模型和人类PD患者中证实，BT-DCS可显著改善运动功能、降低皮质纹状体β振荡（13–35 Hz）和相位振幅耦合（PAC），其疗效优于连续刺激（C-DCS），为靶向病理振荡的闭环神经调控提供了新策略。

　　

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种常见的神经退行性疾病，患者常表现出震颤、僵硬、运动迟缓和步态障碍等症状。其中，冻结步态（freezing of gait, FOG）和跌倒等问题尤为严重，严重影响患者的生活质量，甚至可能导致生命危险。目前，深部脑刺激（deep brain stimulation, DBS）虽能有效缓解PD的某些运动症状，但对步态障碍的改善效果有限。因此，探索新的治疗靶点和调控策略成为当前研究的热点。

近年来，脊髓背柱刺激（dorsal column stimulation, DCS）作为一种潜在的治疗方法，在动物模型和个别临床病例中显示出改善PD运动症状的潜力。然而，其具体机制、最佳刺激参数以及对大脑病理振荡的调控作用尚不明确。此外，传统的连续刺激模式可能效率较低且副作用较多。为此，研究人员提出了一种基于神经生理生物标志物的闭环刺激策略，即β振荡触发的DCS（beta-triggered DCS, BT-DCS），旨在通过实时检测并干预大脑中的异常β振荡，更精准地恢复运动功能。

为了验证这一设想，研究团队在6-羟基多巴胺（6-OHDA）双侧损伤的PD大鼠模型中，开发了两种BT-DCS模式：基于单个神经元 spikes 的触发（spike-BT-DCS）和基于局部场电位（LFP）β振荡的触发（LFP-BT-DCS）。同时，在一名60岁伴有FOG的PD患者中，他们植入了临时性脊髓刺激电极，并系统评估了不同DCS程序对步态动力学和丘脑底核（STN）神经活动的影响。

本研究运用了多项关键技术方法，包括：在6-OHDA损伤大鼠模型中进行微电极阵列和刺激电极植入手术；采用实时神经信号处理实现β振荡触发刺激；通过惯性测量单元（IMU）和运动捕捉系统定量分析步态参数；利用功率谱密度（PSD）和相位振幅耦合（PAC）分析局部场电位；在人体研究中，结合Medtronic Percept IPG记录STN-LFP，并采用算法检测FOG事件。

研究结果显示，BT-DCS显著改善了PD大鼠的运动能力，表现为总运动距离增加、静止时间减少，并伴有皮质纹状体β振荡的降低。在神经元水平，BT-DCS调控了相当比例神经元的放电活动，其中37.4%的神经元放电抑制，22%的神经元放电增强。进一步分析表明，BT-DCS促使大脑在运动启动前更快速地进入“运动准备状态”，神经轨迹的方差和路径长度显著减小。

与连续DCS（C-DCS）相比，BT-DCS在改善运动功能和抑制β振荡方面表现更优，且总体电荷注入量减少80%以上。这一发现提示，BT-DCS不仅效果更佳，还可能具有更好的安全性和效率。

在临床研究中，DCS显著提高了患者的步速和步长，减少了FOG发作次数。多种DCS程序（特别是100 Hz刺激）均能降低STN的β振荡功率和θ/α-β耦合强度。值得注意的是，DCS与DBS联合应用时，改善步态的效果显著优于单一治疗，显示出了协同作用。

此外，研究还发现β振荡功率和PAC值与步速、步长呈负相关，而与步频呈正相关。这表明，异常神经振荡的减弱与运动功能的改善密切相关。

本研究通过动物和临床实验，首次证实了BT-DCS能够通过抑制大脑病理振荡改善PD运动症状，尤其对步态障碍有显著效果。研究人员提出，将DBS与DCS结合，可能成为未来PD治疗的重要方向：DBS针对震颤和运动迟缓，而DCS专注于轴向症状如步态和平衡问题。

该研究的创新点在于将闭环调控策略应用于脊髓刺激，实现了对病理振荡的“按需”干预，为开发更精准、高效的神经调控疗法奠定了坚实基础。未来，此技术有望拓展至其他神经系统疾病，如癫痫、脑卒中及脊髓损伤等。

论文已发表于《Brain and Spine》，为PD的神经调控治疗提供了新的理论和实践依据。