中國科學院自動化所揭示顱內電刺激改善個體情緒狀態新機制

近日，中國科學院自動化研究所腦圖譜與類腦智能實驗室腦網絡組研究中心蔣田仔團隊在精細時空尺度下揭示了在特定情緒狀態下顱內電刺激（intracranial electrical stimulation，iES）調控眶額皮層（orbitofrontal cortex，OFC）改善個體情緒狀態的神經電生理機制。該研究對開發更精準有效的情緒障礙治療方案具有重要意義，有望為情緒障礙患者帶來更切實的幫助和改善生活質量的可能性。相關研究成果以“State-specific modulation of mood using intracranial electrical stimulation of the orbitofrontal cortex”為題，發表在《大腦刺激》（Brain Stimulation）上。

近年來，iES作為治療難治性情緒障礙和改善情緒狀態的可能性工具而備受關注。最新研究指出，OFC這一腦區在情緒加工和情緒障礙中具有重要作用，并在情緒障礙中扮演著“非獎賞”信號傳遞的重要角色。盡管有研究發現，iES調控OFC能改善情緒狀態，但與情緒腦網絡內的其他腦區相比，調控OFC是否具有更顯著的效果，以及這種調控效果是否受到個體當前情緒狀態的影響及潛在的神經機制等問題仍有待研究。

為解決以上問題，該研究團隊采用多種腦電分析方法和機器學習模型，從局部活動和信息交互層面系統解析了iES改善個體情緒狀態的最佳靶點、時機和神經電生理機制。研究數據來源于24例在情緒腦網絡中植入顱內電極接受iES治療的癲癇患者。研究發現，顱內電刺激調控OFC改善個體情緒狀態的神經電生理機制可以概括為在“正確的地點”“正確的時間”“做正確的事”。

“正確的地點”指的是只有調控OFC能有效調節情緒狀態。研究人員基于基線狀態下的顱內腦電數據和情緒狀態評分發現，OFC的delta-theta頻段功率的下降反映了個體情緒狀態的改善；基于iES調控中的情緒狀態評分發現，相比于刺激其他腦區，只有調控OFC才能有效改善個體的情緒狀態評分；基于iES調控中OFC的delta-theta功率發現，相比于刺激其他腦區，只有調控OFC才能抑制delta-theta頻段的功率。上述成果表明，iES調控OFC是改善個體情緒狀態的最佳靶點。“正確的時間”指的是只有低情緒狀態下調控OFC才能夠有效改善情緒。研究進一步基于基線狀態下OFC的delta-theta頻段功率和情緒狀態評分，并結合機器學習模型訓練了情緒狀態預測模型，在該模型中輸入調控前個體OFC的delta-theta頻段功率，預測個體當前情緒狀態，發現只有個體處于低情緒狀態時調控OFC才可有效抑制delta-theta頻段功率，這反映了情緒狀態的改善，也表明了iES調控OFC的最佳時機。“做正確的事”指的是調控OFC引起情緒腦網絡信息傳遞增加。研究利用不同頻段功率譜和信息傳遞指標發現，調控OFC在局部腦區層面引起低頻功率抑制，高頻功率增加；在信息交互層面增加了情緒腦網絡內不同腦區信息傳遞的增加。

上述研究在精細時空層面系統揭示了iES調控OFC改善個體情緒狀態的新機制，為顱內電刺激改善情緒的神經機制提供了新見解，有望應用于臨床治療中，以幫助更多情緒障礙患者改善癥狀。

該研究工作得到科技創新2030-重大項目、國家自然科學基金、國家認知神經科學與學習重點實驗室開放課題和之江實驗室重大項目的支持。