125% 的最佳治療強度，依瑞德光學腦機技術助力揭示意識障礙治療的“倒U型”黃金法則

在神經(jīng)重癥監(jiān)護領域，意識障礙（DOC）患者的治療一直是醫(yī)學界面臨的重大挑戰(zhàn)。這些患者如同被困在意識的灰色地帶，與外界溝通困難，有針對性的治療手段非常有限。

近年來，脊髓刺激（SCS）技術為這類患者帶來了新的曙光，但如何確定最佳刺激參數(shù)卻成為臨床治療中的關鍵難題。

首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院何江弘教授團隊與北京信息科技大學司娟寧副教授團隊近期發(fā)表的一篇論文《Stimulation intensities influence the effects of spinal cord stimulation in disorders of consciousness:an fNIRS study》通過近紅外腦功能成像技術（fNIRS），首次系統(tǒng)揭示了脊髓刺激強度與腦血流反應之間的關系，為意識障礙患者的精準治療提供了重要科學依據(jù)。這項研究不僅發(fā)現(xiàn)了刺激強度的"黃金區(qū)間"，更能讓我們對神經(jīng)調(diào)控機制有了更深層次的理解。

研究方法

被試

納入共11名意識障礙患者；

年齡范圍：18-62歲，平均年齡42.3±12.7歲、病程均超過28天、符合國際DOC診斷標準，并且已經(jīng)植入SCS裝置。

被試基線特征

患者CRS-R評分7-17分，運動閾值強度2.0-7.0mA，具體臨床數(shù)據(jù)見文獻表1。

表1 意識障礙患者的臨床數(shù)據(jù)

實驗流程

根據(jù)被試個體達到的運動閾值（能夠引起上肢可見運動的最小刺激強度）的刺激強度分為四種：

• 低強度組（50%閾值）；

• 閾值強度組（100%閾值）；

• 中等強度組（125%閾值）；

• 以及高強度組（150%閾值）。

其他刺激參數(shù)包括70Hz的頻率和210μs的脈沖寬度。

實驗每個階段包括60秒基線后接四個分塊，每個分塊由30s刺激和120s間隔組成。每位受試者均接受 4 種強度測試。不同刺激組的順序隨機，每階段后有5分鐘休息期。

圖1

a：研究設計

b：fNIRS探頭排布

c：被試佩戴fNIRS光纖帽

fNIRS數(shù)據(jù)收集

在研究過程中，采用依瑞德集團的臺式激光近紅外腦功能成像系統(tǒng)BS-7000S對11名意識障礙患者，進行四種不同強度SCS時腦部血流動力學監(jiān)測。

該設備采用690nm、830nm雙波長檢測，光纖帽按國際10-20標準，發(fā)射極和接收極排布為106通道，覆蓋全腦，在該研究中重點關注前額葉皮層（PFC）和顳頂聯(lián)合區(qū)（TPJ）的氧合血紅蛋白的濃度變化。

研究結果

1、整體血流動力學響應：倒U形劑量 - 反應曲線

四種強度刺激下，HbT濃度呈現(xiàn)明確的倒U形變化：

• 中等強度組（125%閾值）在刺激中（0-30秒）引發(fā)的血流動力學響應最顯著，峰值出現(xiàn)在15-20秒；

• 高強度組（150%閾值）響應稍弱，且刺激后出現(xiàn)負向響應；

• 閾值強度組（100%閾值）呈正向響應但幅度低于中、高強度組；

• 低強度組（50%閾值）響應微弱，部分腦區(qū)甚至出現(xiàn)HbT下降（TPJ區(qū)域刺激中HbT顯著低于基線，p=0.0483）。

2、不同腦區(qū)的特異性響應

前額葉皮層（PFC）

中、高強度組的HbT均值和峰值均顯著高于低強度組（p<0.01），且PFC對高強度耐受性更強，中、高強度組響應差異不顯著，提示PFC具有更寬的治療窗口。

顳頂聯(lián)合區(qū)（TPJ）

僅中等強度組HbT均值顯著高于低強度組（p=0.0104），高強度組峰值較中等強度組呈下降趨勢（p=0.0539），說明TPJ對強度更敏感，治療窗口更窄。

圖2 TPJ和PFC組，在四種強度SCS刺激時，平均HbT濃度變化的時間進程。每條曲線周圍的紅色陰影區(qū)域表示標準差?；疑幱皡^(qū)域表示SCS期間。

圖3 四種刺激強度下SCS前、中、后各階段HbT濃度的比較。圖中每個點代表單個患者在SCS前階段（-5至0秒）、SCS中階段（0至30秒）和SCS后階段（30至60秒）的平均值。

圖4 在四種SCS強度下，兩個腦區(qū)ROI之間HbT濃度峰值和平均值

圖5

a：左右半球在不同刺激強度下的激活水平。表面顏色是BrainNetVierwer可視化呈現(xiàn)的SCS期間平均血紅蛋白閾值（HbT陽性信號）。

b：各通道在各刺激塊中的組平均HbT（排除變異系數(shù)＞25%的數(shù)據(jù)）。刺激間隔期（30至150秒）由虛線間的灰色區(qū)間標示。

C：不同刺激強度下激活通道數(shù)量。

d4：四種刺激強度下的凈曲線下面積（AUC）值。

研究結論

最優(yōu)刺激強度

對于DOC患者，基于個體運動閾值的125%（中強度） 的SCS能產(chǎn)生最優(yōu)的皮層血流動力學激活，遵循“倒U型”劑量—反應規(guī)律。

精準與個體化參數(shù)設置的重要性

本研究證明了“一刀切”的固定強度方案不可取。強度過低（低于閾值）可能無效甚至產(chǎn)生抑制，過高則可能因過度刺激而降低療效，甚至產(chǎn)生負面影響。必須基于個體反應（如運動閾值）進行精確滴定。

fNIRS作為神經(jīng)調(diào)控中“精準調(diào)參”的價值

在DOC患者無法提供主觀反饋的困境下，fNIRS能夠?qū)崟r、客觀、無創(chuàng)地可視化SCS對大腦的即刻效應，為評估療效和優(yōu)化參數(shù)提供了不可替代的客觀生物標志物。這為實現(xiàn)閉環(huán)腦機接口（根據(jù)實時腦血流反饋自動調(diào)整刺激參數(shù)）奠定了關鍵基礎。

總結展望

這項研究為意識障礙患者的神經(jīng)調(diào)控治療開辟了新的道路。通過精確的強度調(diào)控，我們有望為這些"沉睡"的患者找到喚醒的鑰匙。未來研究可以進一步探索不同刺激參數(shù)的組合效應，結合多模態(tài)神經(jīng)影像技術（MEG、EEG等），建立更加完善的個體化治療體系。

隨著腦科學與神經(jīng)工程技術的不斷發(fā)展，相信在不久的將來，我們能夠為每一位意識障礙患者量身定制最優(yōu)的治療方案，幫助他們重新建立與世界的連接，讓生命的曙光再次照亮那些沉寂的心靈，為無數(shù)家庭帶來了新的希望。

撰文：鄧青云

審稿：鐘 健、堯利書

參考文獻：

LiuA,GeQ,JiaoL,PengH,SunY,HanS,ZhangQ,SiJ,HeJ.Stimulationintensitiesinfluencetheeffectsofspinalcordstimulationindisordersofconsciousness:anfNIRSstudy.Neurophotonics.2025Jul;12(3):035003.doi:10.1117/1.NPh.12.3.035003.Epub2025Aug7.PMID:40777927;PMCID:PMC12331174.

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