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施加于头皮以刺激大脑的强大磁脉冲可以为许多标准治疗失败的严重抑郁症患者带来快速缓解。然而,众所周知的经颅磁刺激如何改变大脑以消除抑郁症,这一直是个谜。现在,由斯坦福医学科学家领导的研究发现,该疗法通过逆转异常大脑信号的方向起作用。
研究结果还表明,大脑关键区域之间的反向神经活动流可以用作帮助诊断抑郁症的生物标志物。
“主要假设是TMS可以改变大脑中神经活动的流动,”精神病学和行为科学博士后、医学博士AnishMitra说。“但老实说,我很怀疑。我想测试一下。”
Mitra恰好拥有执行此操作的工具。作为圣路易斯华盛顿大学的研究生,他在医学博士MarkRaichle的实验室开发了一种数学工具来分析功能性磁共振成像(fMRI),通常用于定位大脑中的活动区域。新的分析利用不同区域激活时间的微小差异来揭示该活动的方向。
在5月15日发表于美国国家科学院院刊的新研究中,Mitra和Raichle与精神病学和行为科学副教授医学博士NolanWilliams合作,他们的团队推进了磁刺激的使用,针对每个人进行个性化病人的大脑解剖,治疗深度抑郁症。FDA批准的治疗被称为斯坦福神经调节疗法,它结合了先进的成像技术来引导高剂量磁脉冲模式的刺激,从而改变与重度抑郁症相关的大脑活动。与需要持续数周或数月的每日会话的传统TMS相比,SNT的工作时间更快,每天10次会话,仅持续5天。
“这是检验TMS是否能够改变信号流过大脑方式的完美测试,”该研究的主要作者米特拉说。“如果这做不到,什么都做不到。”
时机就是一切
研究人员招募了33名被诊断患有难治性重度抑郁症的患者。23人接受了SNT治疗,10人接受了模拟SNT但没有磁刺激的假治疗。他们将这些患者的数据与85名没有抑郁症的健康对照者的数据进行了比较。
当他们分析整个大脑的功能磁共振成像数据时,一个联系脱颖而出。在正常大脑中,前脑岛(整合身体感觉的区域)将信号发送到控制情绪的区域,即前扣带皮层。
“你可以把它想象成前扣带皮层接收有关身体的信息——比如心率或温度——然后根据所有这些信号决定如何感受,”Mitra说。
然而,在四分之三的抑郁症参与者中,典型的活动流程发生了逆转:前扣带皮层向前岛叶发送信号。抑郁症越严重,信号以错误方式传播的比例就越高。
“我们看到的是,在关系中谁是发送者,谁是接收者似乎对一个人是否抑郁很重要,”米特拉说。
“就好像你已经决定了你的感受,然后你感觉到的一切都被过滤掉了,”他说。“情绪已经成为首要因素。”
“这与许多精神科医生对抑郁症的看法是一致的,”他补充道。“即使是通常对患者来说非常快乐的事情,突然间也不会给他们带来任何快乐。”
当抑郁症患者接受SNT治疗时,神经活动的流动在一周内转向正常方向,与抑郁症的解除相吻合。
那些抑郁症最严重的人——以及大脑信号被误导最多的人——最有可能从治疗中获益。
“我们能够消除时空异常,使人们的大脑看起来像正常、健康的对照组,”威廉姆斯说。
抑郁症的生物标志物
治疗抑郁症的一个挑战是缺乏对其生物学机制的深入了解。如果患者发烧,可以通过各种测试(例如细菌或病毒感染)来确定适当的治疗方法。但是对于抑郁症患者,没有类似的测试。
威廉姆斯说:“这是第一次在精神病学中,生物学的这种特殊变化——这两个大脑区域之间的信号流——预测了临床症状的变化。”
威廉姆斯说,并不是每个抑郁症患者都有这种异常的神经活动流,在不太严重的抑郁症病例中这种情况可能很少见,但它可以作为一种重要的生物标志物,用于对这种疾病进行分类治疗。“允许使用SNT进行精确治疗的fMRI数据既可以用作抑郁症的生物标志物,也可以用作治疗其根本原因的个性化靶向方法,”他说。
“当我们找到一个患有严重抑郁症的人时,我们可以寻找这种生物标志物来确定他们对SNT治疗产生良好反应的可能性,”Mitra说。
“像抑郁症这样的行为状况很难用成像来捕捉,因为与明显的脑损伤不同,它们处理的是大脑各部分之间微妙的关系,”研究脑成像已有40多年的Raichle说。“令人难以置信的是,现在的技术正在接近我们试图理解的问题的复杂性。”
研究人员计划在更大的患者群体中重复这项研究。他们还希望其他人能够采用他们的分析技术来发现更多关于隐藏在fMRI数据中的大脑活动方向的线索。“只要你有干净的fMRI数据,你就可以研究信号的这种特性,”Mitra说。
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