近日，首都医科大学附属北京天坛医院杨艺教授团队在Military Medical Research（中科院二区，IF：16.7）发表了题为“Revolutionizing treatment for disorders of consciousness:a multidisciplinary review of advancements in deep brain stimulation”的综述。首都医科大学附属北京天坛医院的杨艺主任医师，在读博士生曹天庆，英国牛津大学MRC神经科学中心的He Shenghong为论文的共同第一作者，首都医科大学附属北京天坛医院的杨艺主任医师，天津大学电气自动化与信息工程学院的刘晨教授，复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长、神经与智能工程中心主任王守岩教授为本文的共同通讯作者。
这篇综述文章深入探讨了深部脑刺激（DBS）在意识障碍（DOC）治疗中的应用，详细回顾了DBS的历史发展、技术、机制、临床评估方法及其在意识障碍治疗中的前景。意识障碍通常由严重的脑损伤引起，如创伤、中风或缺氧，导致患者意识丧失。DOC主要分为两种状态：无反应觉醒综合症（VS/UWS）和微意识状态（MCS）。在中国，DOC的患病总人数约为一百万，每年新增病例5万至10万，给社会和家庭带来了重大负担。尽管已有多种治疗手段，但有效干预的结果仍然稀少。
DBS是一种通过植入电极直接刺激大脑特定区域的治疗方法，已在帕金森病和肌张力障碍等神经疾病中取得成功。DBS在DOC治疗中的研究始于20世纪60-70年代，随着对脑功能的理解不断深入，DBS的应用逐渐扩展。早期研究表明，DBS能够改善意识障碍患者的觉醒和行为。近年来，针对中央丘脑（CT）的DBS显示出显著的临床改善，尤其是在MCS患者中。文章中回顾了“中间回路模型”假说，其中CT在意识回路中起着关键作用。利用DBS刺激CT中神经核团，包括中央中核-束旁核复合体（CM-Pf），能够影响丘脑-皮层和丘脑-纹状体通路，从而调节异常的脑代谢活动。DBS的精确靶向刺激使其能够针对特定脑区和网络，显著增强网络活动，加速意识障碍患者的功能恢复。
评估DOC患者的意识水平对治疗的干预至关重要。文章提到多种临床行为量表（如昏迷恢复量表、格拉斯哥昏迷量表等）用于评估患者的意识水平。这些量表能够帮助医生识别可能对治疗有反应的患者，并监测治疗效果。脑电图（EEG）和功能性MRI（fMRI）等技术在意识障碍的研究中发挥了重要作用。EEG能够提供高时间分辨率的神经活动测量，揭示DOC患者的脑电图特征。fMRI则用于评估脑区的代谢活动，帮助识别意识恢复的潜在迹象。如何精确定位CT中的靶向核团决定了刺激效果，回顾了传统组织学图谱到基于MRI的多种分割方法，再到基于功能连接和扩散MRI的分割方法。基于扩散MRI能提供丘脑核之间的良好对比度，以及识别丘脑核团的解剖连接和微结构。局部场电位（LFP）在探究意识障碍患者大脑活动中的应用，包括LFP的节律特征和连通性特征分析，为理解意识障碍的病理机制提供了重要依据。而针对意识障碍构建模型为深入理解意识障碍的发病机制和分析意识障碍患者觉醒、觉醒状态的振荡动力学提供了重要的计算工具。以目标为导向的意识障碍状态建模在大脑的固有属性与外在行为表现之间建立了至关重要的桥梁。通过分析各层次神经系统的动态特征，为意识障碍促醒治疗神经神经调控技术的发展提供了关键技术支持。
尽管DBS在DOC治疗中展现出希望，就目前来看，意识障碍的神经调控治疗确实面临一定的瓶颈，这并非技术本身的局限，而是在于如何进一步提高其疗效上遇到了挑战。当前最大的挑战之一在于个体化差异。意识障碍患者的损伤程度、病因以及意识状态都各不相同，这种复杂的个体差异使得治疗方法难以统一，疗效的预测和评估也因此具有一定的不确定性。另一个挑战在于如何将闭环系统协同到神经调控的过程中。目前，大多数调控方式都是基于开环刺激，即在刺激器中写入固定刺激参数，而在后续的调控过程中后无法实时获取反馈，灵活调整，限制了患者向更好方向发展的可能性。因此，实现意识障碍患者的自适应神经调控，针对个体的大脑活动进行调节，对于提高疗效具有重要意义。
展望未来，神经调控领域也不断涌入新技术，带来新机会。首先，神经调控结合神经修复和神经再生，有望带来意识促醒新理论。在意识障碍患者的大脑受损严重的背景下，单纯的调控可能无法完全激发其潜能。因此，结合更广泛的神经修复和再生技术，可能有助于受损大脑系统的自我再生和重塑，为严重神经损伤的患者提供更多治疗选择，并切实提高其大脑功能。其次，人工智能技术的应用也将为神经调控治疗带来新的突破。随着AI技术的不断进步，它可能在神经信号解码、治疗参数优化、个体化评估和方案制定等方面发挥重要作用。通过AI技术结合大数据的个性化应用，我们可以根据患者的具体情况制定更精准的治疗方案，并通过深度学习、神经网络模型等分析手段，对不同治疗方案的预后进行反馈，从而提高意识障碍患者恢复的精准性。此外，我们还需要关注神经调控对于全脑网络的重构的影响，而非仅仅局限于局部网络的短期修复或神经刺激效果。通过神经调控技术等技术手段，激活大脑整个网络中各功能模块之间的协调性，将更有助于大脑功能的重建。这也是我们未来从医疗需求角度出发需要努力推进的方向。
共同通讯作者简介
杨艺 主任医师
首都医科大学附属北京天坛医院
首都医科大学附属北京天坛医院神经外科意识障碍病区，主任医师，副教授，博士生导师。北京大学医学部八年制医学博士，博士后，牛津大学访问学者。研究方向为意识障碍疾病的系统诊断、预后预测和神经调控治疗，以及脑机接口新型技术的临床应用研究。北京市科技新星，北京脑科学与类脑研究中心青年学者，北京脑重大疾病研究院特聘教授，北京市交叉新星，荣获北京医学科技奖二等奖(排名第二)。作为项目负责人主持“科技创新2030脑科学与类脑研究”专项青年科学家项目。承担科技部重点研发专项、国防创新特区项目、国自然面上、北京自然面上、等21项课题，在研课题10项，在研科研经费1800万。以第一作者(共一)/通讯作者发表SCI论文35篇；中文核心25篇。担任世界神经外科联盟青年委员会执行委员，中国研究型医院学会神经再生与修复专委会意识障碍与促醒学组副主任委员，中国女医师协会神经外科分会常务委员，中国神经科学学会神经调控分会秘书长，中国认知学会意识科学分会委员等任职。
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刘晨 教授
天津大学电气自动化与信息工程学院
天津大学电气自动化与信息工程学院教授，博士生导师，从事帕金森病、意识障碍等疾病的闭环智能脑机接口研究。现任中国神经科学学会神经调控基础与转化分会首批委员、中国自动化学会青年工作委员会委员、中国计算机学会生物信息学、数字医学、人工智能与模式识别专委会委员、国际电气电子工程师协会（IEEE）高级会员、Fundamental Research期刊首届青年编委等。在Brain、NPJ Parkinson's disease以及IEEE Trans.等期刊上发表第一/通讯作者SCI论文53篇；授权国家发明专利15项。主持国家及省部级自然科学基金4项，骨干承担科技创新2030“脑科学与类脑智能” 重大项目青年项目1项。
王守岩 教授
复旦大学类脑智能科学与技术研究院
复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长，神经与智能工程中心主任，中国神经调控创新联盟副理事长，教育部“计算神经科学与类脑智能”学科国际创新引智基地执行负责人，中科院“百人计划”。王守岩教授长期从事深部脑刺激神经调控、神经信息处理与建模研究，以神经工程技术研究为核心、以临床需求为牵引开展交叉学科合作，将科学探索、技术创新与产品研发相融合，在Brain、J Neural Engineering等国际期刊发表论文60余篇，申请专利30余项，研发科研设备、医疗设备八项，承担了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、军队重点研发项目等课题二十余项。在人脑深部神经活动编码、多感知智能神经调控技术方面的研究推动了精准智能神经调控理论与技术发展，为提升深部脑刺激神经调控临床治疗效果提供了创新方法与技术。
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