《NeuroImage》：Spinal cord stimulation improves brain connectivity and consciousness level in patient with disorders of consciousness
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本研究针对意识障碍(DOC)临床诊疗难题，探索了脊髓电刺激(SCS)这一先进神经调控技术的疗效与机制。研究人员通过SCS与假刺激对照设计，结合昏迷恢复量表修订版(CRS-R)和脑电图功能连接(G_PCMI)分析，发现短期SCS虽未改变行为评分，但可显著增强额叶、顶叶等关键脑区的短程与长程连接；长期SCS（6个月）则使所有患者CRS-R评分显著提升，且脑连接变化与意识改善程度呈正相关。该研究揭示了SCS通过调控大脑网络连接促进意识恢复的神经机制，为DOC的精准治疗提供了新依据。
在神经科学和临床医学领域，意识障碍(Disorders of Consciousness, DOC)患者——包括植物状态/无反应觉醒综合征(Vegetative State/Unresponsive Wakefulness Syndrome, VS/UWS)和最小意识状态(Minimally Conscious State, MCS)——的诊断与治疗始终是极具挑战性的难题。临床上广泛使用的昏迷恢复量表修订版(Coma Recovery Scale-Revised, CRS-R)虽为评估工具，但其局限性亦不容忽视：意识水平在短期和长期内均可波动，导致高达40%的非交流性DOC患者被误判为VS/UWS。高质量纵向研究显示，若无干预，DOC患者意识改善缓慢，一年内仅不足15%的患者CRS-R评分出现有临床意义（增加>4分）的提升，且6个月时平均总分改善仅约1.5分。然而，神经调控技术的应用展现出巨大潜力，其能针对性调节大脑网络波动，加速康复进程。
近年来，脑电图(Electroencephalography, EEG)、功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)等技术已用于DOC的辅助评估。其中，关注大脑网络和功能连接的研究尤为引人注目。研究表明，意识水平较好的DOC患者，其脑区间的功能连接往往更强；而MCS和VS/UWS患者则表现出明显的连接动态破坏，尤其在额颞、额中央和中央-顶枕等脑区。功能连接测量在预测DOC预后方面价值凸显：恢复意识者比未恢复者拥有更多、更强的皮层连接。这些发现为理解意识的神经基础、改进DOC诊疗提供了关键生物标志物。
在各种神经调控疗法中，脊髓电刺激(Spinal Cord Stimulation, SCS)作为一项先进技术，在DOC治疗中展现出广阔前景。然而，SCS如何影响大脑网络和功能连接的具体机制尚不明确。为填补这一知识空白，首都医科大学三博脑科医院神经外科的研究团队开展了一项研究，利用静息态EEG探讨SCS对DOC患者大脑连接性的影响，旨在阐明其治疗作用的神经机制，为DOC的个性化、高效治疗策略铺平道路。相关研究成果发表在《NeuroImage》杂志上。
为开展研究，团队采用了SCS与假刺激结合的研究设计，对10名已植入SCS系统（北京品驰医疗设备有限公司生产）的DOC患者进行了短期（20分钟）和长期（6个月）的效应观察。短期干预期间，在SCS开启20分钟前后记录患者的CRS-R评分和EEG数据；间隔2天（SCS关闭）后，进行20分钟假刺激并收集EEG数据。6个月后，通过电话随访获取患者的CRS-R评分。SCS参数设定为标准化频率70Hz，脉冲宽度210μs，刺激时长20分钟；幅度则个体化滴定（从0.5V开始，增至耐受范围，通常为2-4V），并在6个月内根据临床指标调整。EEG数据采用Nicolet EEG系统记录，基于国际10-20系统放置电极，选取额、中央、顶、枕叶等21个目标脑区电极。数据预处理在Matlab R2023b的EEGLAB中进行，包括降采样至250Hz、带通滤波（1-45Hz）、分段、伪迹剔除和独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)去噪等。最终保留19个无伪迹通道进行后续分析。核心分析方法是采用真实排列交叉互信息(Genuine Permutation Cross Mutual Information, G_PCMI)来度量局部脑区间的功能连接，该方法能有效评估信号间的非线性依赖关系。统计分析采用配对t检验、双样本t检验等，并进行了FDR校正，显著性水平设为p < 0.05。
CRS-R结果
行为学评估显示，短期SCS（20分钟）并未改变患者的CRS-R评分，即意识水平在行为层面未见即时提升。然而，长期SCS（6个月）治疗则显著改善了所有患者的CRS-R评分（p < 0.05）。其中，患者P1的改善最为明显，CRS-R评分从8分提高至12分。
EEG结果
脑电图功能连接分析揭示了SCS的急性神经调控效应。对比SCS前后平均G_PCMI连接矩阵发现，刺激后额叶、枕叶内部以及这两个脑区之间的连接强度均有所增加。统计比较进一步确认，额叶和中央脑区的G_PCMI在SCS前后存在显著差异（p < 0.01）。同时，脑区间的连接分析表明，额-顶叶(F-P)和额-枕叶(F-O)的PCMI在SCS前后也呈现出显著差异（p < 0.05）。值得注意的是，假刺激组未表现出显著的G_PCMI变化。这些结果说明，短期SCS能特异性地增强DOC患者大脑的短程（额叶、顶叶内）和长程（额-顶叶、额-枕叶间）功能连接。
相关性分析
研究进一步分析了短期SCS引起的EEG连接变化与长期SCS治疗带来的CRS-R评分改变之间的关联。结果显示，额叶、顶叶、额-顶叶(F-P)和额-枕叶(F-O)的G_PCMI变化与CRS-R变化均呈显著正相关（相关系数r分别为0.80, 0.66, 0.68, 0.72；p < 0.05）。这表明，SCS诱导的脑连接增强程度与患者意识水平的长期改善程度密切相关。
本研究通过结合行为量表与神经电生理指标，证实了脊髓电刺激(SCS)对意识障碍(DOC)患者的治疗潜力。研究结论指出，SCS能够提升DOC患者的意识水平。其潜在机制在于，SCS可改善DOC患者皮层的短程和长程连接，这种大脑网络功能的优化可能促进了意识活动的恢复。
在讨论中，研究人员将本研究置于更广阔的学术背景之下。他们指出，短期SCS虽未引起行为评分变化，但与先前研究一致，表明神经调控的急性效应可能更易体现在神经活动层面。长期治疗带来的意识改善则强调了制定长期治疗方案的重要性。关于SCS的作用机制，本研究结果与当前主流意识理论（如全局神经工作空间理论、信息整合理论）相呼应，额叶、顶叶等脑区被认为是意识产生的关键节点，而大规模脑网络连接（如额顶连接）的完整性对意识至关重要。本研究发现的SCS对额叶、顶叶局部连接以及额-顶、额-枕长程连接的增强作用，与经颅直流电刺激(tDCS)、重复经颅磁刺激(rTMS)等神经调控技术的研究发现具有一致性，提示这些脑区和网络可能是神经调控起效的共同通路。此外，G_PCMI作为评估工具的有效性在本研究和既往关于深部脑刺激(DBS)、tDCS乃至麻醉意识研究中的应用也得到了支持，表明其是研究意识相关脑连接及评估调控效应的可靠指标。
当然，研究也存在一些局限性，如非随机交叉设计、样本量较小(n=10)、缺乏未治疗对照组等，这些都可能对结果解释产生影响。未来需要更大样本的随机对照试验来验证这些发现，并进一步探索SCS参数优化与疗效的关系。
尽管如此，这项研究为SCS治疗DOC提供了新的电生理证据，深化了对其神经机制的理解。它表明，监测SCS诱导的脑连接变化（尤其是短程和长程G_PCMI）有望成为评估治疗效果、指导参数设定的有用生物标志物，从而推动DOC的精准神经调控治疗向前发展。
