借深脑刺激绘制脑回路图
——专访德国夏里特医学院李宁飞博士
发表于《自然·神经科学》的封面文章《利用深部脑刺激绘制额叶皮层功能失调回路》。图片来源：《自然》网站
近年来，通过手术在脑内植入电极的脑深部电刺激术（DBS）已成为治疗大脑疾病的重要神经调控方法。但DBS的作用机制仍处于探索阶段。近期，德国柏林夏里特医学院李宁飞博士等人领导的国际科研团队在与DBS相关的大脑功能失调网络研究方面取得重要进展。围绕这一开创性的研究成果，科技日报记者专访了李宁飞博士。
首次提出大脑功能失调网络
“我们首次从连接组学角度，应用纤维束过滤方法，研究了单一刺激靶点（丘脑底核）、多种不同疾病的深部脑刺激手术患者的连接组学特征，识别出4种疾病不同的功能失调回路。”李宁飞介绍说，“在此基础上，我们提出了人类大脑功能障碍连接组的概念，与之相应的大脑功能失调网络图谱将成为治疗相关大脑疾病的重要参考和依据。”
该研究由李宁飞博士和哈佛大学医学院安德里亚斯·霍恩博士共同领导，相关成果作为封面文章发表在《自然·神经科学》杂志上。李宁飞表示：“将基于连接组学的个性化模型应用于DBS，我们是首创的。我们一直在做DBS神经影像方面的研究，接触到很多大脑疾病的数据。而丘脑底核是多种疾病的共同刺激靶点。因此，我们对大脑疾病之间的共性和差异非常感兴趣。不同疾病患者的失调神经回路有什么区别，有没有特异性，如何通过神经影像去观测和分析相关的神经回路，能否针对性地构建可预测的模型等。”
开创性研究获得同行认可
李宁飞说：“4年前，我们以强迫症为例，基于分别采用不同刺激靶点的两组病人数据，用连接组学方法构建了一个神经纤维束模型，发现一个可作为潜在临床刺激靶点的共性纤维束。相关成果发表在《自然·通讯》杂志上，获得了很高的引用，引发了广泛反响。”
记者了解到，在这篇论文发表后6个月内，全球至少有4个研究机构复现和验证了该研究结果。一年后，美国贝勒医学院采用盲法检验的方式进一步验证了研究结果，确认了论文中发表的纤维束与患者的临床表现高度相关。
一周前，李宁飞团队另一篇关于面向个体化的深部脑刺激的文章也被《自然·通讯》杂志接收。“不同大脑疾病会有一些症状是交叉的，而即使同一种疾病，不同患者的症状也是千差万别，只有以症状而不是以疾病为出发点，才能针对不同患者制定个体化的治疗方案。”李宁飞介绍说，“我们基于现有数据应用连接组学方法构建了症状相关的精细化模型，通过电脑模拟和仿真即可给出刺激触点和刺激幅度等建议，用以辅助临床医生快速便捷地制定优化的程控刺激方案。与德国维尔茨堡大学医院的合作验证了我们的方法和模型可很好预测患者的临床效果。”
无私付出带来广泛国际合作
李宁飞团队的研究都基于自己编写的软件平台Lead-DBS。这是目前唯一一个开源、免费、综合性的、针对深部脑刺激领域的神经影像分析平台。截至2023年，下载量已超过65000多次，被1000多篇文章引用，用户遍及97个国家，获得研究人员和临床医生的高度评价。瑞士伯尔尼大学一位神经外科教授表示：“Lead-DBS是近年来DBS研究领域内最重要的进展之一。”
这一软件平台在业界赢得了良好口碑。李宁飞很自豪地说：“除了科研人员，临床医生也对这一软件平台很感兴趣。术后用我们的软件进行电极重建，不仅能看到电极的精确位置，还能同步显示相关大脑图谱，有助于医生进行术后评估和程控。此外，还可计算出电刺激所影响的大脑区域和激活的神经纤维束，以便进一步分析和探究深部脑刺激所调控的神经回路。我们还设计了专门的工具进行组分析，可根据一组病人的影像数据构建预测模型。”
李宁飞团队的无私付出带来了广泛的国际合作。通过线上交流平台回答使用者的提问，他们得到了全球众多研究人员和医生的充分信任，愿意共享数据进行合作，也因此推动了科研成果向临床转化。李宁飞说：“从2014年到现在，霍恩博士和我投入了大量时间和精力来开发这个系统。在满足自己研究需要的同时，能够开源并免费让大家使用，我们感到十分欣慰，我们相信这将促进相关领域的研究和社区的发展。”
