研究人员揭示颅内电刺激改善个体情绪状态新机制

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在精细时空尺度下揭示了在特定情绪状态下颅内电刺激（intracranial electrical stimulation，iES）调控眶额皮层（orbitofrontal cortex，OFC）改善个体情绪状态的神经电生理机制。该研究对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切实的帮助和改善生活质量的可能性。相关研究成果以State-specific modulation of mood using intracranial electrical stimulation of the orbitofrontal cortex为题，发表在《大脑刺激》（Brain Stimulation）上。

近年来，颅内电刺激（iES）作为治疗难治性情绪障碍和改善情绪状态的可能性工具而备受关注。最新研究越来越多地聚焦于眶额皮层（OFC）。这一脑区在情绪加工和情绪障碍中具有重要作用，并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，以及这种调控效果是否受到个体当前情绪状态的影响及潜在的神经机制等问题有待研究。

研究团队采用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、时机和神经电生理机制（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。研究发现，颅内电刺激调控OFC改善个体情绪状态的神经电生理机制可以概括为在“正确的地点”“正确的时间”“做正确的事”。

“正确的地点”指的是只有调控OFC能有效调节情绪状态。研究人员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；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；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。上述成果表明，iES调控OFC是改善个体情绪状态的最佳靶点。

“正确的时间”指的是只有低情绪状态下调控OFC才能够有效改善情绪。研究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，并结合机器学习模型训练了情绪状态预测模型，在该模型中输入调控前个体OFC的delta-theta频段功率，预测个体当前情绪状态，发现只有个体处于低情绪状态时调控OFC才可有效抑制delta-theta频段功率，这反映了情绪状态的改善。这表明了iES调控OFC的最佳时机。

“做正确的事”指的是调控OFC引起情绪脑网络信息传递增加。研究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。

上述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，为颅内电刺激改善情绪的神经机制提供了新见解，有望应用于临床治疗中以帮助更多情绪障碍患者改善症状。

研究工作得到科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金、国家认知神经科学与学习重点实验室开放课题和之江实验室重大项目的支持。

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分析。（第一行）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）研究训练多元分类器解码情绪状态，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，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）。