通过经皮耳迷走神经刺激后，暴露于噪音中的大鼠大脑活动的变化，通过功能性磁共振成像（fMRI）进行评估

《Neuroscience》：Alterations of brain activity in noise-exposed rats after transcutaneous auricular vagus nerve stimulation evaluated via fMRI

噪声暴露诱导的大鼠听觉损伤及经耳部皮肤迷走神经刺激的干预机制研究。通过建立 unilateral narrow-band 噪声暴露模型，检测 ABR 阈值变化，结合 rs-fMRI 分析噪声暴露后脑区 ALFF/ReHo 等值变化及功能连接特征。结果显示 ta-VNS 组逆转了噪声诱导的 prelimbic cortex 和 basal forebrain 神经活动抑制，并增强其功能连接。摘要结束分隔符

　　

Nian Li|张丽琴|徐天|杨钊|冯国东|高志强

中国医学科学院北京协和医学院，北京协和医院

摘要

本研究旨在探讨听觉系统之外的中枢神经系统网络在噪声诱导的中枢损伤发展过程中的作用。我们建立了一种暴露于单侧窄带噪声的大鼠模型。通过听觉脑干反应（ABR）测量了噪声暴露前后的听觉阈值（8 kHz、16 kHz、24 kHz、32 kHz）。实验大鼠被分为经皮耳蜗迷走神经刺激（ta-VNS）组和假手术组，进行为期2周的干预。所有组（ta-VNS组、假手术组、对照组）在噪声暴露后及干预2周后均接受了静息态功能性磁共振成像（rs-fMRI）检查。噪声暴露后，22只大鼠在8 kHz、24 kHz、32 kHz处的听觉阈值升高。fMRI结果显示，内嗅皮层、杏仁核皮层和海马体的ALFF/ReHo值增加，前边缘皮层、基底前脑、纹状体和扣带回皮层的ALFF/ReHo值降低，同时扣带回皮层与基底前脑之间的功能连接增强。

引言

过度噪声暴露是导致听力损失的主要原因。全球超过12%的人口（超过6亿人）面临噪声诱导的听力损失（NIHL）的风险（Alberti等人，1979年）。NIHL长期以来被认为是一种职业病。长期暴露于噪声会导致耳蜗损伤，进而引发听力损失和耳鸣。在噪声暴露的工人中，听力损失和耳鸣的患病率分别约为23%和15%（Masterson等人，2007年）。

先前的研究表明，噪声暴露会增加初级听觉皮层中促炎细胞因子的表达并激活小胶质细胞，表明存在神经炎症。在肿瘤坏死因子（TNF）敲除小鼠或TNF表达被药物抑制的小鼠中，神经炎症减轻，与听觉系统损伤相关的行为异常也有所缓解（Wang等人，2019年）。声学创伤还会刺激星形胶质细胞和小胶质细胞产生促炎细胞因子，如TNF和白细胞介素（Fujioka等人，2006年）。氧化应激和神经炎症都可能促进NIHL的发展。

动物实验表明，类固醇药物的抗炎特性对NIHL具有有益的治疗效果（Chen等人，2014年；Han等人，2015年）。然而，长期使用类固醇药物会带来显著的副作用，限制了其作为长期治疗方案的适用性。抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）虽然副作用较少，但在动物研究中显示出降低耳毒性的效果（Bielefeld等人，2007年），但在临床试验中仅对听觉阈值有轻微改善（Kopke等人，2015年）。脑源性神经营养因子可以在一定程度上改善听觉神经的突触损伤，但其效果有限，并且高浓度时存在毒性风险；此外，目前尚未进行临床试验（Shoji等人，2000年）。对于重度听力损失的患者，人工耳蜗植入是一个可行的选择，但需要全身麻醉并伴有手术风险（Kopelovich等人，2014年）。

尽管已经开发了多种针对噪声诱导损伤的治疗方法，但有效且确定性的治疗策略仍然有限。美国食品药品监督管理局已批准传统迷走神经刺激（VNS）作为难治性癫痫和抑郁症的替代疗法（Groves和Brown，2005年）。Engineer等人（2011年）证明，VNS结合声音疗法可以特异性地、可控地逆转与耳鸣相关的异常皮质可塑性。最近的临床研究表明，VNS可以在嘈杂环境中改善言语理解能力（Jigo等人，2025年）。然而，作为一种侵入性程序，VNS需要手术植入，可能会引起副作用并带来较高的经济成本。因此，迫切需要探索非侵入性的迷走神经刺激技术。

Ventureyra等人（2000年）首次提出了经皮耳蜗迷走神经刺激（ta-VNS）的概念，该技术针对迷走神经的耳蜗分支（ABVN）。随着神经科学的进步，由于其非侵入性、有效性、低风险和易用性，ta-VNS在各种神经系统疾病的临床康复研究中得到了越来越多的应用。功能性磁共振成像（fMRI）研究表明，对ABVN进行电刺激可以产生与侵入性VNS相似的脑激活模式，同时激活中枢迷走通路（Kraus等人，2007年；Dietrich等人，2008年）。

ta-VNS设备于2010年获得了CE认证（CE1275），此后被广泛应用于癫痫、抑郁症、偏头痛和慢性疼痛的临床研究中。中风的特点是显著的神经炎症（Capone等人，2017年），关于抑郁症的基础研究显示促炎因子水平升高，抗炎因子水平降低（Dantzer等人，2008年）。ta-VNS在这些疾病中的治疗效果部分归因于其减轻神经炎症的能力。尽管尚未有动物或临床研究证实，但ta-VNS可能通过其抗炎机制对噪声诱导的听力损伤产生类似的治疗效果。此外，ta-VNS使用方便，不会引起明显的系统副作用，适合长期应用，表明其作为噪声诱导听力损伤的治疗或辅助治疗手段具有潜力。

静息态功能性磁共振成像（rs-fMRI）具有高时空分辨率，能够在任务状态或静息状态下获取血氧水平依赖性（BOLD）信号，从而评估不同脑区的功能活动变化及其之间的连接。目前，关于噪声暴露后各种脑区神经活动和功能连接性的动物研究仍然有限，关于ta-VNS治疗噪声诱导中枢损伤机制的研究也很少。在本研究中，我们使用了一种通过噪声暴露建立的大鼠模型来研究噪声诱导的慢性听力损失。主要通过fMRI评估大鼠的脑结构和功能活动。共有31只大鼠参与了实验：22只大鼠接受了噪声暴露（实验组），9只大鼠未接受噪声暴露（对照组）。实验组进一步分为接受ta-VNS治疗和假手术治疗的两个亚组。本研究的目的是评估噪声诱导的中枢损伤的fMRI特征，并探讨ta-VNS的作用机制。

动物和实验程序

从Sibeifu（北京）生物技术有限公司购买了31只健康的7周龄雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠。这些大鼠的体重在250至300克之间，饲养条件如下：温度22±2°C，相对湿度50±10%，12小时光照/12小时黑暗周期（光照时间：8:00–20:00），自由进食和水源，环境噪声≤30 dB SPL。它们被饲养在标准笼子中（每笼3只大鼠），可以自由获取标准啮齿动物饲料和水。

噪声暴露后大鼠的ABR阈值升高

在本研究中，实验组的大鼠暴露于96 dB SPL的宽带噪声中1小时。实验组（n=22）和对照组（n=9）的ABR阈值在噪声暴露前和暴露后8周分别进行了测量（图1）。所有大鼠均未出现严重的不良反应。

实验组在8 kHz（p=0.02）、24 kHz（p=0.003）和32 kHz（p=0.005）处的听觉阈值显著升高，而对照组则没有显著变化。

讨论

本研究显示，与对照组相比，噪声暴露的大鼠表现出ABR阈值升高，内嗅皮层、杏仁核皮层和海马体的ALFF和ReHo值增加，前边缘皮层、基底前脑、纹状体和扣带回皮层的ALFF和ReHo值降低。此外，扣带回皮层与基底前脑之间的体素级功能连接增强。经过两周的ta-VNS或假手术治疗后，噪声暴露的大鼠...

未引用的参考文献

Huang等人，2021年；Kraus等人，1996年；Mahlau等人，2006年。

CRediT作者贡献声明

Nian Li：撰写——初稿、方法学、研究设计、概念化。张丽琴：数据可视化、研究实施。徐天：数据可视化、研究实施。杨钊：数据可视化、研究实施。冯国东：监督、资源获取、资金筹集、概念化。高志强：监督、资源获取、资金筹集、概念化。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82071060和81870729）的支持。

伦理批准声明。

伦理批准由PUMCH的研究伦理委员会给出（伦理批准编号：XHDW-2024-106）。

数据可用性声明。

如需获取支持本研究结果的数据，可向通讯作者提出合理请求。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢刘群先生（影像技术员）、诊断与治疗新技术开发平台、国家重大科技基础设施转化医学项目、临床医学研究所以及中国医学科学院北京协和医院在MRI数据采集方面的支持。