摘要

背景：脑深部刺激（DBS）是一种治疗某些运动障碍的成熟方法，同时也在多种精神、认知和癫痫障碍中显示出潜力。然而，刺激发挥治疗作用的机制尚未完全理解。功能性磁共振成像（fMRI）是一种非侵入性成像工具，可帮助观察DBS在体内的效果，或能填补这一知识空白。

目标：本综述的目的是提供关于在DBS过程中进行fMRI研究的全面概述，包括研究的疾病类型、刺激脑区、实验设计及从刺激引发的fMRI反应中获得的见解。

方法：我们对已发表的在人类研究中进行深脑刺激（DBS）患者活跃刺激期间的功能性磁共振成像（fMRI）进行了系统性综述。搜索使用了PubMED和MEDLINE数据库。

结果：fMRI-DBS研究的数量随着时间的推移在增加，总共鉴定出37项研究。每项研究的DBS患者数量中位数为10人（范围1至67人，四分位距为11人）。研究对不同疾病队列中的fMRI反应进行了探讨，包括帕金森病（24项研究）、特发性震颤（3项研究）、癫痫（3项研究）、强迫症（2项研究）、疼痛（2项研究）、妥瑞症（1项研究）、重度抑郁症、厌食症和双相情感障碍（各1项研究），以及路易体痴呆（1项研究）。最常被刺激的脑区是丘脑底核（24项研究）。研究表明，DBS可调节大规模脑网络，且刺激引发的fMRI反应与刺激部位、刺激参数、患者特征及治疗结果相关。最后，部分研究提出了基于fMRI的DBS治疗生物标志物，强调了fMRI在确认回路参与及优化DBS治疗中的潜在应用。

1 引言

脑深部刺激（DBS）是一种微创疗法，通过手术植入的电极向特定脑区提供持续刺激，以调节异常的神经回路，从而为各种疾病带来治疗益处[1]。DBS已成为治疗帕金森病（PD）、特发性震颤（ET）和肌张力障碍等运动障碍的成熟方法，并在精神、认知及癫痫障碍的治疗中显示出越来越多的潜力[2]。迄今为止，全球已有超过200,000人接受了DBS植入[3]，而注册的DBS临床试验数量也在持续增加[4]。

为实现治疗效果，DBS电极被精确定位，以刺激与多种疾病病理生理相关的特定神经基质。例如，在运动障碍中，这些目标包括丘脑底核（STN）、内侧苍白球（GPi）和丘脑腹中间核（VIM），这些都是皮质-基底神经节-丘脑-皮质回路中的关键枢纽。然而，近年来，研究重点逐渐从局部刺激转向大脑整体网络层面的可视化。这一转变体现在最近激增的连通组DBS研究中，这些研究检查了被刺激脑区的结构和功能连接，并分析其与临床结果的关系。

然而，由于功能成像很少在DBS患者自身中进行，这些研究往往依赖于“规范性连通组”。规范性连通组是从大量受试者中计算出的平均脑连通性图谱。通过使用规范性连通组，研究者可以评估特定脑区在平均或“正常”大脑中的连通性。但规范性连通组无法显示患者自身大脑的连通性。这是一个重要的限制，因为患者的大脑连通性可能与正常连通性存在差异，特别是在疾病背景下（如帕金森病）。此外，规范性连通组不能显示DBS引发的脑反应，它们只能揭示刺激区域与大脑其余部分的连通性，而无法说明刺激如何实际影响神经活动。

与规范性连通组分析相比，存在多种技术可以实时观察DBS在患者身上的效果，包括正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、功能性磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）。在这些方法中，fMRI通过血氧水平依赖（BOLD）信号波动来评估大脑活动，具有较高的时间分辨率和较好的空间分辨率。此外，BOLD信号是一种内源性对比，不需要摄入或注射外来物质。这些因素使fMRI适用于多种实验范式，包括对静息状态下神经活动或对特定任务或刺激的脑反应的评估。特别是前者范式允许研究远隔脑区之间的功能连通性，基于BOLD信号的一致性进行测量。综合来看，这些特质促使fMRI成为现代神经科学中的主流成像技术。

2 方法

我们对所有已发表的、经过同行评审的关于DBS和fMRI在人类中的研究进行了系统回顾。此次回顾于2022年2月2日通过在MEDLINE和NCBI PubMED数据库中使用扩展搜索词“DBS”和“fMRI”进行检索，共生成了4866条结果。所有相关文章均被选为全文审查对象，并需符合以下纳入和排除标准：

i) 纳入标准：报告了人类在主动刺激下的fMRI反应的文章；

ii) 排除标准：动物研究、综述、会议摘要、缺乏神经影像学发现的研究，以及未对主动刺激患者进行扫描的研究。

3 结果

我们确定了37项符合纳入标准的研究（见图1）。表1和表2中总结了这些研究。随着fMRI-DBS研究发表率的逐步上升（见图2），这一领域的兴趣也在不断增长，这些研究涵盖了各种疾病（即DBS适应症）、实验设计、刺激的脑区域、MRI设备和样本量（见图3）。每项DBS适应症的发现及其实验设计摘要将在下文扩展说明。平均而言，这些研究包括13（±14）名DBS参与者（中位数=10，范围：1-67，四分位距[IQR]=11.5），其中有5项研究还扫描了非DBS对照组。虽然越来越多的研究在3T磁场强度下进行，但大多数仍是在1.5T下完成的（见图2）。

3.1 实验设计

总体来说，fMRI DBS实验设计可以分为三类：i) 静息态fMRI（rs-fMRI），即患者处于静息状态，DBS条件保持不变（如DBS开启或关闭）；ii) 周期性刺激fMRI（cs-fMRI），即患者处于静息状态，DBS定期开启和关闭；iii) 任务基础fMRI（tb-fMRI），即参与者在执行某项任务（如手指敲击）的过程中，DBS条件保持不变。通过这些设计，研究人员探索了DBS对大脑网络的影响，静息态设计（i和ii）主要用于研究功能性连接，而任务或刺激基础的研究显示了与任务相关的相对BOLD激活区域的增加或减少。我们确定了10项采用rs-fMRI的研究（i）、21项使用cs-fMRI的研究（ii）以及11项使用tb-fMRI的研究（iii）。

3.2 DBS适应症

纳入的研究探讨了DBS在多种患者群体中的效果，包括运动、精神、认知和癫痫类疾病（见图3-A）。

3.2.1 帕金森病

鉴于帕金森病（PD）是全球最常见的DBS适应症，三分之二（n=24）的研究都研究了PD患者。大多数患者接受了针对丘脑底核（STN）的DBS治疗，只有少数研究报告了苍白球内侧核（GPi）刺激的效果（n=3）。这些研究采用了上述三种实验设计，深入了解了DBS对PD患者神经回路的机制性和转化性影响。PD研究最常用的设计是cs-fMRI（n=10）。通过在患者静息状态下周期性地开启和关闭刺激，这些研究清晰地展示了与刺激相关的BOLD激活脑区[23-32]。所有组均研究了丘脑底核的刺激效果，其中Boutet等和Dimarzio等还研究了一小部分苍白球刺激的患者。通过这些研究，丘脑底核刺激在大脑皮层-基底神经节-丘脑-大脑皮层回路和小脑中表现出显著的BOLD变化。然而，尽管这些脑区被可靠地激活，但关于刺激与BOLD激活的增加或减少相关性存在差异。事实上，在5项研究中，丘脑底核刺激与初级运动皮层的BOLD激活增加相关，而其中两项较大的研究显示该区域的显著激活减少[24,25]。所有10项cs-fMRI研究中，丘脑底核刺激ON>OFF的效果在图4中总结。

与cs-fMRI研究的发现互补的是，几项研究（n=8）通过rs-fMRI探讨了DBS对PD患者功能性连接的影响。这些研究一致表明，DBS与丘脑-皮层连接的增加相关[33-36]，而Holiga等人显示，STN-DBS在13名患者中与额前皮层更多且更强的连接相关[37]。相反，Kahan等人发现，刺激与STN的连接减少相关，包括纹状体-STN、STN-丘脑和皮层-STN（超直接路径）的连接减少[35]。值得注意的是，两项使用健康对照组的研究表明，STN-DBS可使PD患者的功能连接趋于健康脑状态[34,38]。研究还探讨了DBS如何调节与运动任务相关的神经活动。一项早期研究由Hesselman等人进行，在左侧手指对抗任务中，发现DBS开启时对侧感觉运动皮层和同侧小脑的BOLD信号激活相比于关闭时有所减少[39]。Kahan等人进一步展示了自愿运动过程中刺激诱发的皮层-小脑连接的调节，这种调节在STN-DBS静息时并不存在[36]，这表明DBS对运动回路具有依赖于行为和不依赖于行为的双重效应。

许多研究还探讨了刺激诱发的fMRI反应、患者特征、刺激参数、临床结果和DBS靶点之间的关系。在一项cs-fMRI研究中，Dimarzio等人考察了PD亚型的影响，结果显示，根据患者是震颤主导、运动障碍主导还是姿势不稳步态亚型，初级和次级运动区的反应程度存在差异[26]。在一项近期的纵向研究中，Shen等人揭示了丘脑底核刺激的时间依赖效应，显示随着时间推移，初级运动皮层（M1）的BOLD激活逐渐减少[24]。同一研究还发现，一个独特的苍白球-丘脑-小脑回路在高频刺激下被优先调节，而不是低频刺激[24]。此外，在另一项cs-fMRI研究中，Hancu等人展示了刺激配置对BOLD反应的差异性影响（即单极与双极刺激），显示临床最佳的单极刺激与丘脑和苍白球的BOLD激活增加相关，而相应的双极配置则没有这样的效果[32]。进一步强调这些发现的是，在迄今为止最大的fMRI DBS研究中（n=67），Boutet等人使用cs-fMRI证明了临床最佳的刺激参数——无论活跃电极接触、电压和频率——都与BOLD反应的特征有关，该特征涉及M1和小脑的去激活以及丘脑的激活。这一特征能够预测患者在未见数据集中的临床最佳刺激参数，突显了fMRI在选择患者特定DBS设置中的潜力[25]。

此外，研究还直接考察了BOLD反应与DBS的治疗或不良临床结果之间的关系。Gibson等人在术中cs-fMRI中发现，改善对侧震颤与丘脑、脑干和小脑区域的激活相关，而改善运动迟缓和僵硬则最强烈地与初级运动皮层的激活相关。相反，不必要的肌肉收缩与纹状体的激活相关，而恶心和感觉异常则与感觉运动激活相关[28]。最后，研究比较了GPi-DBS和STN-DBS的不同效果。在一项cs-fMRI研究中，Dimarzio等人发现GPi-DBS（n=3名受试者）与比STN-DBS（n=4名受试者）更显著的初级运动皮层激活相关[27]。此外，最近的一项rs-fMRI研究发现，尽管STN-DBS和GPi-DBS均与丘脑-皮层和皮层-小脑功能连接的显著变化相关，但STN-DBS与GPi-DBS相比，涉及的功能连接变化更为广泛，包括体感-运动和视觉区域之间的连接[73]。另一项研究中包含了同时接受GPi-和STN-DBS的受试者，但作者未直接比较两组的fMRI反应[25]。

3.2.2 其他运动障碍

fMRI还被用于探索DBS对其他运动障碍的影响，包括震颤（ET）和抽动障碍。我们发现了两项针对接受丘脑腹中间核（VIM）DBS的ET患者的fMRI研究。Gibson等人和Rezai等人采用cs-fMRI设计，结果表明，VIM-DBS与同侧丘脑和感觉运动皮层的激活相关，类似于STN-DBS的发现[40,41]。Gibson等人还发现对侧小脑皮层和深部小脑核团的显著BOLD激活，这些区域的刺激诱发激活与DBS的治疗有效性显著相关，尤其是小脑的激活表现出最强的相关性[40]。

尾部不规则区域（cZI），位于丘脑和豆状核束之间的灰质区域，逐渐成为震颤治疗的靶点。在一项近期研究中，Awad及其同事采用了两种实验设计，包括诱发震颤的任务（tb-fMRI）和针对16名ET患者进行的rs-fMRI。他们的研究表明，cZI-DBS与感觉运动小脑-大脑区域的任务依赖性和非任务依赖性调节相关，突显了刺激机制的复杂性[42]。非任务依赖性效果（即DBS的主效应）表现在运动任务和静息状态下前运动区的激活增加，而任务依赖性效果则体现在保持任务期间感觉运动皮层和小脑VIII叶的激活减少，以及在静息状态下SMA和小脑V叶的激活增加。

DBS在抽动障碍中也表现出了有效性。抽动障碍的特征是突然和重复的动作或声音。在一项针对五名抽动症患者的cs-fMRI研究中，丘脑中央内侧旁束复合体（CM-pf）的刺激与前额叶皮层、顶叶皮层、感觉运动皮层、小脑、丘脑、基底神经节和边缘区域的显著BOLD变化相关[43]。值得注意的是，运动网络和岛叶网络的抑制与运动抽动的减少相关，而额叶和顶叶网络的抑制则与声抽动的减少相关。

3.2.3 精神和认知障碍

近年来，DBS在精神和认知适应症的研究逐渐增多，成功程度不一。因此，深入了解DBS如何影响精神和认知网络对于优化治疗和细化刺激靶点至关重要。自2009年以来，DBS用于治疗药物难治性强迫症（OCD）已获得FDA批准，研究组针对不同靶点，包括腹囊/腹侧纹状体（VC/VS）、伏隔核（NAcc）、STN、下丘脑脚和纹状体终点核进行探索[44,45]。迄今为止，有两项fMRI研究探讨了VC/VS-DBS的效果，还有一项研究调查了NAcc-DBS。这些研究采用了cs-fMRI范式，均显示同侧纹状体的激活[46-48]。其中两项VC/VS研究还显示刺激诱发的变化影响到背内侧丘脑[47,48]和前扣带皮层，而NAcc-DBS则与同侧额叶和丘脑的激活增加相关[46]。Gibson及其同事还发现，刺激诱发的微笑和笑声（这是VC/VS-DBS的一个广为人知的副作用）与前扣带皮层的激活减少相关。目前尚无研究显示刺激诱发的fMRI反应与OCD患者症状改善之间的关联。

对胼胝体下扣带皮层（SCC）的DBS是针对重度抑郁症（MDD）、双相障碍和神经性厌食症的耐受性良好的研究性治疗[49-51]。在一项近期的rs-fMRI研究中，Elias及其同事探讨了16名MDD（n=6）、BD（n=1）或AN（n=9）患者的SCC-DBS的fMRI反应。刺激与背前扣带皮层（dACC）、后扣带皮层（PCC）、顶叶前部和左侧下顶叶的活动增加相关。此外，刺激诱发的dACC信号减少与会话内情绪波动的即时变化相关，并且在先前临床确定的最佳设置与次优设置之间的差异更大。研究还发现，dACC、PCC和顶叶前部活动的即时变化能够预测个体的长期抗抑郁改善[75]。

DBS也被评估用于认知障碍。在一项关于六名路易体痴呆（DLB）患者的rs-fMRI研究中，Meynert基底核（NBM）的刺激与默认模式网络和前后顶叶网络的功能连接变化相关[52]。具体而言，DBS与后扣带皮层和右下顶叶之间的连接减少相关，同时左侧顶叶沟与左下额回和左侧顶叶（前顶叶）以及右侧副扣带回之间的连接增加。然而，这些网络变化与认知功能改善之间并未报告有相关性。

3.2.4 癫痫

关于脑刺激在癫痫治疗中的应用，研究历史悠久，DBS治疗难治性癫痫的有效性已通过多项随机试验评估[53-56]。根据SANTE试验的发现，丘脑前核（ANT）的刺激于2018年获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准[55]。三项cs-fMRI研究评估了前核刺激对癫痫治疗的影响[57-59]。ANT刺激在多个大脑区域产生激活，这些区域对应于默认模式和边缘网络，包括丘脑、双侧前扣带皮层和后扣带皮层、顶叶前部、中前额叶皮层、杏仁核、腹侧被盖区、海马体、纹状体和右侧角回。此外，Sarica等人和Middlebrooks等人表明，当刺激位置偏离ANT并使用低频刺激（30 Hz）时，这些区域并未被激活，进一步突显了fMRI在选择最佳刺激参数中的潜力[58,59]。

3.2.5 疼痛

自1970年代以来，针对各种靶点的DBS已被用于疼痛治疗[60]。在最早的fMRI DBS研究之一中，Rezai及其同事采用cs-fMRI设计调查了一名接受丘脑腹侧尾核（Vc）和脑室周围灰质（PVG）靶点的患者。Vc-DBS强度引发的感觉异常导致初级体感皮层（SI）、丘脑、次级体感皮层（SII）和岛叶的激活。相比之下，PVG刺激未激活SI，但导致内侧丘脑和扣带皮层的激活，这可能表明两种靶点之间的不同网络效应。在一项更近期的tb-fMRI研究中，Jones及其同事调查了前内囊前肢（ALIC）DBS如何调节五名中央中风后疼痛患者的疼痛反应。面对有害刺激时，DBS关闭状态下的患者在丘脑、岛叶、脑外侧和眶额区显示出显著激活，而ALIC-DBS显著降低了这些区域的激活。ALIC-DBS期间的有害刺激还与海马的激活减少相关。

4 讨论

对fMRI DBS 文献的回顾显示这是一个小而快速发展的领域。目前已识别出 37 项研究，其中超过一半是在过去 5 年内发表的。大多数研究集中在帕金森病 (PD) 的 STN-DBS 上，而关于 GPi-DBS 的研究则较少，尤其是考虑到这一靶点在 PD 和肌张力障碍中的临床应用。其余的 fMRI DBS 研究评估了刺激在新兴和实验性适应症中的效果，包括精神病、认知障碍、癫痫和疼痛。研究表明，DBS 能够调节大规模的脑网络，且刺激引起的 fMRI 反应与刺激部位、刺激参数、患者特征及治疗结果密切相关。近期研究还提出了基于 fMRI 的 DBS 治疗生物标志物，突显了 fMRI 在确认回路参与和优化 DBS 治疗中的潜力。

4.1 限制

我们识别了 fMRI DBS 文献中的几个限制，这些限制在考虑研究结果和规划未来研究时应予以重视。首先，DBS 参与者的中位数样本量相对较小（10），有 3 项研究（PD: n = 2；OCD: n = 1）仅包括一名患者。排除非 PD 适应症后，平均样本量为 6.1 ± 4.9 名 DBS 患者。这与 1990 年至 2012 年间1000 项最被引用的 fMRI 研究的样本量（n = 12）相当，但低于 2017/18 年在高影响力神经成像期刊（如《自然神经科学》、《神经科学杂志》、《神经成像》和《大脑皮层》）中发表的 fMRI 研究的平均样本量（平均 = 24）。这反映了扫描 DBS 患者的后勤难题，包括相对较小的患者群体（全球约有 200,000 人接受了 DBS）和 MRI 安全考虑。尽管面临这些挑战，fMRI DBS 研究的规模正在扩大，最近的一项研究包含了超过 60 名 PD 患者的 DBS 参与者。

其次，尽管 fMRI 研究者可以使用多种实验设计和分析方法，这一优势也带来了研究结果之间的可比性挑战。这在比较 rs-fMRI 研究（检查功能连接的变化）和基于任务的研究（检查 BOLD 反应的增减）时尤其明显。未来的研究可以在相同参与者中利用多种 fMRI 指标，以更好地理解刺激引起的功能连接变化与 BOLD 反应之间的关系。

即使在直接可比的研究中，结果也存在不一致。例如，5 项研究（共 47 名参与者）显示STN-DBS 时传感运动皮层的 BOLD 反应增加，而 2 项大规模研究（共 89 名参与者）则显示同一区域的反应降低。这些表面上相互矛盾的结果可能是噪声的结果，特别是考虑到研究中 MRI 硬件、刺激参数、受试者特征和图像预处理之间的差异。不一致的结果也可能与fMRI 的一个更一般性的局限性有关，即它是一种代理——而不是直接——的神经活动测量，反映了脑血流、脑血容量和氧气代谢率之间的复杂相互作用。在病理或老龄大脑状态下，这一点尤其值得注意，因为神经血管耦合的改变可能会使 BOLD 反应的解释变得复杂（例如，BOLD 信号的降低可能与神经活动的增加相关）。最后，不一致的发现也可能反映了刺激与临床反应之间的混淆，这是 fMRI DBS 研究固有且不常被提及的特征。

由于这些限制，单靠 fMRI——至少使用传统分析和 MRI 硬件——可能不足以开发稳健的刺激效应生理模型。为此，研究可以将 fMRI 与具有更优时间分辨率的模态（如 EEG 和 MEG）结合使用，以及允许对神经活动进行更细致检查的工具（如微电极记录 MER）。例如，fMRI 可以用于广泛识别与刺激相关的网络中心，然后进一步通过 EEG、MEG 或 MER 进行深入调查。

当主要目标是孤立出具有临床实用性的刺激生物标志物时，这些限制的相关性较小。最重要的特征是 fMRI 生物标志物——无论是刺激的直接还是间接测量——与感兴趣的临床结果紧密相关。事实上，无监督的机器学习算法可能基于 BOLD 反应训练，以 100% 的准确率预测 DBS 临床结果，同时不一定提供纯粹的神经科学或生理学见解。

4.2 刺激-临床反应混淆

为了更清楚地理解 DBS 效果，研究应考虑 BOLD 反应是否：i）由于刺激对大脑的直接影响，ii）反映刺激的临床效果，无论是身体的（例如，减少震颤）、认知的还是情感的，iii）或两者的结合。研究者可以采用各种策略来回答这个问题，但每种策略都有其自身的局限性。

由于BOLD 反应的血流动力学延迟和 fMRI 的有限时间分辨率（约 1-3 秒），很难根据时间顺序区分这些效应。以 PD 为例，刺激开始与症状变化之间的时间几乎是即时的。当刺激的临床反应无法轻易测量时，分离这些效应也很困难。例如，在抑郁症的 DBS 中，几乎不可能准确判断患者在刺激开始后何时发生情感变化。

对于旨在孤立刺激对 BOLD 反应直接影响的研究，更实际的替代方案可能是尝试回归或完全消除对刺激的临床反应。这可以通过让受试者在全身麻醉下进行来实现，使得术中 fMRI 成为回答机制性问题的宝贵机会。然而，全身麻醉本身也是一个重要的混淆因素，会对脑活动和 BOLD 信号产生广泛影响。因此，在进行清醒与麻醉状态的 fMRI DBS 研究比较时，应谨慎对待。

4.3 技术挑战

许多研究强调了与 fMRI DBS 相关的一些持续技术挑战，包括 MRI 安全性、硬件相关的敏感性伪影和电磁干扰。

fMRI DBS 的主要挑战是 MRI 安全性，特别是关于 DBS 导线尖端附近的射频引起的加热。为了遵循 DBS 供应商的指南，研究通常限制在较低的磁场强度下进行，这反映在包括的研究中有 85%（n = 28）是在 1.5T 下进行的。然而，随着对 MRI DBS 安全性的逐渐了解，越来越多的研究开始使用 3T 机器，从而提高了信噪比和最大时间和空间分辨率优化的序列。这些研究获得了一些新发现，例如 STN-DBS 的时间和频率依赖效应，以及可用于预测临床最佳刺激设置的 fMRI 特征。DBS fMRI 研究的边界可能进一步扩展，最近的一项研究显示了在外源 DBS 模型中使用 7T MRI 的安全性和成像质量的初步证据。

研究的另一个考虑是 DBS 导线（在脑实质内）和延长电缆（通常缠绕在头皮一侧）的伪影。这种伪影是由某些材料的磁敏感性引起的，会导致硬件周围区域的信号丢失。这意味着信号丢失可能涵盖相关的网络中心，包括目标附近的区域（例如 STN）以及皮层区域（例如初级运动皮层）。为了解决这些伪影，研究通常通过仅进行单侧刺激（对侧于延长电缆）或通过分割和掩蔽信号丢失区域来避免分析相关区域。值得注意的是，一项研究暗示包括伪影区域进行分析的潜在效用，显示双侧电极周围区域的 BOLD 信号相干性。未来的研究应调查这些伪影区域在分析中可以使用的程度。

最后，研究还面临电磁干扰 (EMI) 的担忧，即在 fMRI 采集期间射频脉冲与 DBS 的电流之间的相互作用。因此，一些研究选择使用双极刺激，而不是更常见的单极刺激，因为双极刺激理论上对 EMI 的敏感性较低。然而，最近的虚拟研究表明，单极刺激的 EMI 较小，并且在类似的双极和单极配置之间也存在不同的 BOLD 反应。这些发现表明，研究在安全的情况下应使用最具临床相关性的配置，包括单极刺激。

4.4 总结与未来方向

超越对刺激引起的脑反应的粗略观察，研究越来越多地调查 fMRI 反应与临床结果之间的关系。虽然这些研究主要集中在帕金森病患者上，但它们暗示了fMRI 在 DBS 中广泛的转化潜力，包括识别潜在生物标志物，以确定网络参与和最佳治疗反应。这样的生物标志物可以用于指导 DBS 患者刺激参数的选择，而这一过程目前主要依赖于对患者临床反应变化的主观评估，耗时较长。此外，术中 fMRI 对刺激的反应与 DBS 的长期改善相关，提示 fMRI 可以用于优化电极位置或在手术过程中调整刺激参数。

未来的fMRI DBS 研究应重点关注肌张力障碍、认知障碍、抑郁症和癫痫等疾病，这些疾病的临床益处可能需要数周或数月才能显现，因此即时的网络参与生物标志物尤其宝贵。新研究还应能够利用新兴技术，例如能够进行局部场电位（LFP）记录的 DBS 系统，以开发多模态生物标志物。特别是 LFP 和 fMRI 的结合将提供丰富且互补的数据，可以以极好的时间和空间分辨率考察对 DBS 的反应。最后，未来的研究应将 fMRI DBS 纳入临床试验中，以前瞻性地验证该技术作为优化 DBS 治疗工具的有效性。

图1 PRISMA流程图显示了筛选过程。该图展示了识别符合条件的文章以纳入系统评价的过程，包括初步搜索（“识别”）和随后的审核过程（“筛选”）。每一步排除的研究数量及其排除原因已明确列出。注意：该PRISMA图表改编自Page等人[76]。

表1

包含所有纳入的功能性磁共振成像（fMRI）深脑刺激（DBS）研究的表格汇总。相关的研究特征包括患者疾病、受试者数量、DBS目标、MRI硬件和fMRI范式。最后，简要描述了每项研究的关键发现。

表1 缩略词：ACC = 前扣带皮层，AG = 角回，ALIC = 内囊前缘，Am = 杏仁体，ANT = 丘脑前核，BGe = 外侧基底神经节，BOLD = 血氧水平依赖，BS = 脑干，BFor = 基底前脑，Ca = 尾状核，CC = 扣带皮层，Cer = 小脑，CMPf = 丘脑中央内侧旁核复合体，CN = 尾状核，CSC = 皮层-纹状体连接，CSTC = 皮层-下丘脑核连接，ct = 常规任务，CTCC = 皮层-丘脑-小脑网络，cZI = 尾部不确定区，d = 天，dACC = 背外侧前扣带，DBS = 深脑刺激，DLB = 路易体痴呆，DLPFC = 背外侧前额叶皮层，DMN = 默认模式网络，DoS = 手术日，EC = ，ET = 特发性震颤，fMRI = 功能性磁共振成像，FN = 额叶网络，FPN = 前额顶网络，Fr = 额叶小叶，FSN = 前额纹状体网络，GE = 通用电气，GPe = 外侧苍白球，GPi = 内侧苍白球，HC = 健康对照，Hc = 海马，HFS = 高频刺激，i = 下，IFG = 下额叶回，In = 岛叶皮层，IPL = 下顶叶小叶，IPS = 颞间沟，LFS = 低频刺激，LN = 边缘网络，LPMC = 外侧前运动皮层，m = 内侧，M1 = 初级视觉皮层，MC = 运动皮层，MN = 运动网络，mo = 个月，NA = 不适用，NAc = 伏隔核，NS = 未指定，Occ = 枕叶，OCD = 强迫症，OFC = 眶额皮层，op = 手术，Op = 脑岛，PCC = 后扣带皮层，PCG = 旁扣带回，PCG = 中央前回，PCn = 前扣带，PD = 帕金森病，PF = 前额叶，PL = 顶叶小叶，PM = 初级运动皮层，PMC = 预运动皮层，PN = 顶叶网络，Po = 橄榄球，PPN = 脑桥脚核，PS = 中风后，Pu = 核桃，PVG = 脑室周围灰质，RF = 射频，rs = 静息状态，SC = 上丘脑，SCC = 上凸皮层，SI = 初级体感皮层，SII = 次级体感皮层，SMA = 辅助运动区，SMC = 感觉运动皮层，SMCC = 感觉运动皮层-小脑连接，SMG = 颞上回，SN = 黑质，SSC = 纹状体-下丘脑核连接，st = 刺激任务，St = 纹状体，STC = 纹状体-丘脑连接，SNTC = 下丘脑-丘脑连接，STN = 下丘脑，T = 特斯拉，TCC = 丘脑-皮层连接，TEED = 总电能传递，Th = 丘脑，TS = 图雷特综合征，UPDRS-III = 帕金森病统一评分量表-III，VC = 腹侧囊，Vim = 腹侧中间核，VS = 腹侧纹状体，VTA = 腹侧被盖区，w/ = 与，WBFC = 全脑功能连接，WMT = 白质纤维束，wk = 周，yr = 年。

表2 

功能性磁共振成像（fMRI）深脑刺激（DBS）研究中常见发现和显著差异的总结。

研究按深脑刺激（DBS）目标组织。只有在至少有两项针对相同目标和实验设计的研究中，才识别出共同发现和显著差异。不同实验设计之间不进行比较。缩略语：ALIC = 内囊前缘；ANT = 丘脑前核；BOLD = 血氧水平依赖信号；CM-pf = 中央内侧旁束复合体；CZI = 尾状区；DBS = 深脑刺激；DLB = 路易体痴呆；GPi = 内侧苍白球；M1 = 主要运动皮层；PVG = 脑室周围灰质；SCC = 胼胝体下扣带皮层；SMA = 辅助运动区；STN = 亨廷顿核；VIM = 丘脑腹侧中间核；Vc = 腹侧尾核；VC/VS = 腹侧胶质囊/腹侧纹状体。

图2 随时间推移的fMRI-DBS研究累积数量。总体上，DBS-fMRI研究的数量随着时间的推移而增加。所有DBS-fMRI研究的数量用蓝色表示，使用1.5T MRI的研究用红色表示，使用3T MRI的研究用黄色表示。缩略语：DBS = 深脑刺激；fMRI = 功能性磁共振成像；No. = 数量；T = 特斯拉。

图3 研究队列、实验范式和刺激脑区。fMRI DBS研究按疾病队列（A）、实验范式（B）和刺激脑区（C）进行分类。对于实验范式，cs-fMRI表示患者处于静息状态，DBS周期性开启和关闭（即刺激本身就是任务）；tb-fMRI表示参与者在DBS条件保持不变的情况下，周期性执行特定任务（例如，击打手指）；rs-fMRI表示患者处于静息状态，DBS条件保持不变。缩略语：ALIC = 内囊前肢；ANT = 胼胝体前核；cs-fMRI = 循环刺激fMRI；DBS = 深脑刺激；ET =原发性震颤；fMRI = 功能性磁共振成像；GPi = 内侧苍白球；OCD = 强迫症；PD = 帕金森病；rs-fMRI = 静息态fMRI；STN = 下丘脑核；tb-fMRI = 任务基础fMRI；VIM = 胼胝体腹侧中间核；VC/VS = 腹侧囊/腹侧纹状体。

图4 与帕金森病患者DBS开启>关闭相关的BOLD反应。展示了在所有10项cs-fMRI帕金森病研究中，与下丘脑DBS开启>关闭相关的显著BOLD激活的常见区域。显著减少的BOLD活动区域以冷色调显示，而显著增加的BOLD活动区域以暖色调显示。研究常常涉及小脑、基底神经节和感觉运动皮层。创建此图的方法在补充材料中有所描述。缩略语：BOLD = 血氧水平依赖信号；cs-fMRI = 循环刺激功能性磁共振成像；DBS = 深脑刺激；PD = 帕金森病。

简要总结：

这篇文献内容详实，涵盖了脑深部刺激（DBS）与功能性磁共振成像（fMRI）的结合研究，尤其是其在运动障碍、精神和认知疾病中的应用。引言部分清晰地阐述了DBS的基本概念及其治疗潜力，同时指出了使用规范性连通组的局限性。方法部分详细描述了系统回顾的过程，包括纳入和排除标准，这为后续的结果分析奠定了基础。

参考文献

Loh A, Gwun D, Chow CT, Boutet A, Tasserie J, Germann J, Santyr B, Elias G, Yamamoto K, Sarica C, Vetkas A, Zemmar A, Madhavan R, Fasano A, Lozano AM. Probing responses to deep brain stimulation with functional magnetic resonance imaging. Brain Stimul. 2022 May-Jun;15(3):683-694. doi: 10.1016/j.brs.2022.03.009. Epub 2022 Apr 18. PMID: 35447378.

解读：林欣然