CMU研究人员提出一种新的深部脑刺激方法，可延长帕金森病治疗效果

目前用于临床环境例如治疗帕金森氏症的深部脑刺激并不能区分不同的神经回路。因此，针对特定神经元群的选择性刺激可以取得相当大的改善。Spix等人利用光遗传学开发了一种巧妙的电刺激方案，可增强细胞类型的特异性(参见Haas的观点)。作者通过短暂的电刺激，成功地在被称为外部苍白球的大脑区域中驱动了特定人群的神经调节，然后在帕金森病的小鼠模型中产生了持久的效果。

卡内基·梅隆大学 (Carnegie Mellon University)的研究人员发现了一种使脑深部刺激(Deep-Brain Stimulation, DBS)更精确的方法，其治疗效果比目前可用的方法更持久。这项工作由CMU Gittis 实验室的 Aryn Gittis 及其同事领导，将极大地推进帕金森病的研究。

DBS 允许研究人员和医生使用植入大脑的细电极向大脑中控制运动的区域发送电信号。这是一种行之有效的方法，可以帮助控制身体内不必要的运动，但患者必须接受持续的电刺激才能缓解症状。

DBS

电刺激可以重新连接神经回路

生物科学副教授Gittis表示：“通过找到一种具有持久效果的干预方法，大减少刺激时间，从而最大限度地减少副作用并延长植入物的电池寿命。”

Gittis在2017年就为该治疗方法奠定了基础，她的实验室在大脑运动回路中确定了特定类别的神经元，这些神经元可用于长期缓解帕金森模型中的运动症状。在这项工作中，实验室使用了光遗传学，这是一种利用光来控制转基因神经元的技术。然而，光遗传学目前不能用于人类。

DBS 可以用于驱动特定人群的神经调节

Burst DBS 延长DBS的治疗效果

研究人员Gittis一直试图找到一种更容易应用于帕金森病患者的治疗策略。她的团队使用一种新的DBS协议在老鼠身上取得了成功，这种协议使用短脉冲电刺激。

研究人员表示: “与其他现有治疗方法相比，这是一个巨大的进步。在其他 DBS 方案中，一旦关闭刺激，症状就会再次出现。而这项治疗方案似乎更加持久——至少比传统 DBS 长四倍。”

在新的研究方案中，研究人员针对苍白球(大脑基底神经节的一个区域)中的特定神经元亚群，用短脉冲电刺激。研究人员多年来一直在试图找到以这种特定细胞类型的方式传递刺激的方法。

研究人员经过实验发现，苍白球外部 (GPe) 中不同神经元亚群的光遗传学操作对多巴胺缺失 (DD) 小鼠提供了持久的治疗效果。研究者使用突触差异来激发表达parvalbumin的 GPe 神经元，并使用短暂的电刺激同时抑制表达 lim-homeobox-6 的 GPe 神经元。在DD小鼠中，电路激发的DBS提供了长期的治疗效果，远远超过传统DBS的效果，刺激后持续数小时。

研究人员说到，“这个概念并不新鲜。我们使用“自下而上”的方法来驱动细胞类型的特异性。我们研究了这些细胞的生物学，并确定了驱动它们的输入。”

该论文的第一作者Teresa Spix 表示，虽然有很多强有力的理论，但科学家们还没有完全理解 DBS 的工作原理。“我们有点像在玩黑盒子。我们并不了解里面到底发生了什么，但我们的短脉冲疗法似乎能很好地缓解症状。模式的改变让我们对细胞类型产生不同的影响。”

论文信息

Teresa A. Spix and Shruti Nanivadekar and Noelle Toong and Irene M. Kaplow and Brian R. Isett and Yazel Goksen and Andreas R. Pfenning and Aryn H. Gittis.Population-specific neuromodulation prolongs therapeutic benefits of deep brain stimulation.

Science,volume:74,number:6564,pages:201-206,2021,

doi:10.1126/science.abi7852

https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2021/october/gittis-science.html