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　　脑刺激助力摆脱情绪阴霾，自动化所团队揭示颅内电刺激改善个体情绪状态新机制
 
 
　　根据世界卫生组织的数据，全球范围内有超过3.5亿人患有抑郁症，许多患者对传统治疗方法不敏感或不能忍受其副作用，从而导致情绪障碍成为最易频繁复发的疾病之一。因此，深入了解情绪调节的神经机制对于开发有效的治疗方案至关重要。
 
　　近日，中国科学院自动化研究所脑图谱与类脑智能实验室脑网络组研究中心蒋田仔团队首次在精细时空尺度下揭示了在特定情绪状态下颅内电刺激调控眶额皮层改善个体情绪状态的神经电生理机制。该研究对于开发更精准有效的情绪障碍治疗方案具有重要意义，有望为情绪障碍患者带来更为切实的帮助和改善生活质量的可能性。相关成果发表于《大脑刺激》（Brain Stimulation）。
 
　
 
　　颅内电刺激（intracranial electrical stimulation, iES）作为治疗难治性情绪障碍和改善情绪状态的一种有希望的工具，近年来备受研究关注。最新的研究越来越多地聚焦于眶额皮层（orbitofrontal cortex, OFC），这一脑区在情绪加工和情绪障碍中扮演着重要角色，同时在情绪障碍中扮演着“非奖赏”信号传递的重要角色。尽管有研究发现，iES调控OFC能改善情绪状态，但至今我们仍不清楚，与情绪脑网络内的其他脑区相比，调控OFC是否具有更显著的效果，这种调控效果是否受到个体当前情绪状态的影响，以及其潜在的神经机制是什么。
 
　　为了解决上述问题，研究团队采用了多种脑电分析方法和机器学习模型，从局部活动和信息交互层面系统解析了iES改善个体情绪状态的最佳靶点、时机及其神经电生理机制（图1）。研究数据来源于24例在情绪脑网络中植入颅内电极接受iES治疗的癫痫患者。
 

 
　　图1. 本论文研究框架。为了研究颅内电刺激改善情绪状态的最佳策略，该研究进行了一系列的分析。（第一行）首先，该研究发现了显著的活动变化，只有在刺激OFC时才能反映更好的情绪状态，而不是在刺激情绪网络的其他区域时。（中间行）接下来，该研究训练多元分类器来解码情绪状态，并将神经活动解码为“低状态”或“高状态”。当分类器表示“低状态”时，OFC刺激调节了情绪相关的神经活动，但当分类器表示“高状态”时，OFC刺激没有影响。（最后一行）OFC刺激抑制了情绪脑网络中的delta-theta功率，增加了gamma功率（左），增加了情绪脑网络的信息传递（右）。
 
　　研究发现，只有在“正确的地点” “正确的时间” “做正确的事”才能有效改善个体情绪状态：
 
　　“正确的地点”：只有调控OFC能有效调节情绪状态
 
　　研究人员首先基于基线状态下的颅内脑电数据和情绪状态评分发现，OFC的delta-theta频段功率的下降反映了个体情绪状态的改善；然后基于iES调控中的情绪状态评分发现，相比于刺激其他脑区，只有调控OFC能够有效改善个体的情绪状态评分；最后基于iES调控中OFC的delta-theta功率发现，相比于刺激其他脑区，只有调控OFC能够抑制delta-theta频段的功率。这些发现表明了iES调控OFC是改善个体情绪状态的最佳靶点。
 
　　“正确的时间”：只有低情绪状态下调控OFC能够有效改善情绪
 
　　研究人员进一步基于基线状态下OFC的delta-theta频段功率和情绪状态评分结合机器学习模型训练了情绪状态预测模型，然后在该模型中输入了调控前个体OFC的delta-theta频段功率预测了个体当前情绪状态，发现只有个体处于低情绪状态时调控OFC才能够有效抑制delta-theta频段功率，反映了情绪状态改善。这些发现表明了iES调控OFC的最佳时机（图2）。
 
　　 预测调控前个体情绪状态评分，以及不同情绪状态下iES调控OFC的结果
 
　　“做正确的事”：调控OFC引起情绪脑网络信息传递增加
 
　　研究人员最后利用不同频段功率谱和信息传递指标，发现调控OFC在局部脑区层面引起低频功率抑制，高频功率增加；在信息交互层面增加了情绪脑网络内不同脑区信息传递的增加（图3）。
 
　　 调控OFC引起不同频段功率重排，情绪脑网络不同脑区信息传递增加
 
　　综上，本研究在精细时空层面系统揭示了iES调控OFC改善个体情绪状态的新机制，相关研究结果为颅内电刺激改善情绪的神经机制提供了新的见解，有望将其应用于临床治疗中，帮助更多情绪障碍患者改善症状。
 
　　本论文第一作者为中国科学院自动化研究所曹丹副研究员和电子科技大学硕士生刘启宏（已毕业），蒋田仔研究员和李瑾副研究员为共同通讯作者，中国科学院自动化研究所博士生张佳琪也参与了此项研究。该研究工作得到了科技创新2030-重大专项（2021ZD0200200）、国家自然科学基金（32271085, 82151307）、国家认知神经科学与学习重点实验室开放课题（CNLYB2004）、之江实验室重大项目（2022KI0AC02；2022ND0AN01）的资助。