125% 的最佳治疗强度，依瑞德光学脑机技术助力揭示意识障碍治疗的“倒U型”黄金法则

在神经重症监护领域，意识障碍（DOC）患者的治疗一直是医学界面临的重大挑战。这些患者如同被困在意识的灰色地带，与外界沟通困难，有针对性的治疗手段非常有限。

近年来，脊髓刺激（SCS）技术为这类患者带来了新的曙光，但如何确定最佳刺激参数却成为临床治疗中的关键难题。

首都医科大学附属北京天坛医院何江弘教授团队与北京信息科技大学司娟宁副教授团队近期发表的一篇论文《Stimulation intensities influence the effects of spinal cord stimulation in disorders of consciousness:an fNIRS study》通过近红外脑功能成像技术（fNIRS），首次系统揭示了脊髓刺激强度与脑血流反应之间的关系，为意识障碍患者的精准治疗提供了重要科学依据。这项研究不仅发现了刺激强度的"黄金区间"，更能让我们对神经调控机制有了更深层次的理解。

研究方法

被试

纳入共11名意识障碍患者；

年龄范围：18-62岁，平均年龄42.3±12.7岁、病程均超过28天、符合国际DOC诊断标准，并且已经植入SCS装置。

被试基线特征

患者CRS-R评分7-17分，运动阈值强度2.0-7.0mA，具体临床数据见文献表1。

表1 意识障碍患者的临床数据

实验流程

根据被试个体达到的运动阈值（能够引起上肢可见运动的最小刺激强度）的刺激强度分为四种：

• 低强度组（50%阈值）；

• 阈值强度组（100%阈值）；

• 中等强度组（125%阈值）；

• 以及高强度组（150%阈值）。

其他刺激参数包括70Hz的频率和210μs的脉冲宽度。

实验每个阶段包括60秒基线后接四个分块，每个分块由30s刺激和120s间隔组成。每位受试者均接受 4 种强度测试。不同刺激组的顺序随机，每阶段后有5分钟休息期。

图1

a：研究设计

b：fNIRS探头排布

c：被试佩戴fNIRS光纤帽

fNIRS数据收集

在研究过程中，采用依瑞德集团的台式激光近红外脑功能成像系统BS-7000S对11名意识障碍患者，进行四种不同强度SCS时脑部血流动力学监测。

该设备采用690nm、830nm双波长检测，光纤帽按国际10-20标准，发射极和接收极排布为106通道，覆盖全脑，在该研究中重点关注前额叶皮层（PFC）和颞顶联合区（TPJ）的氧合血红蛋白的浓度变化。

研究结果

1、整体血流动力学响应：倒U形剂量 - 反应曲线

四种强度刺激下，HbT浓度呈现明确的倒U形变化：

• 中等强度组（125%阈值）在刺激中（0-30秒）引发的血流动力学响应最显著，峰值出现在15-20秒；

• 高强度组（150%阈值）响应稍弱，且刺激后出现负向响应；

• 阈值强度组（100%阈值）呈正向响应但幅度低于中、高强度组；

• 低强度组（50%阈值）响应微弱，部分脑区甚至出现HbT下降（TPJ区域刺激中HbT显著低于基线，p=0.0483）。

2、不同脑区的特异性响应

前额叶皮层（PFC）

中、高强度组的HbT均值和峰值均显著高于低强度组（p<0.01），且PFC对高强度耐受性更强，中、高强度组响应差异不显著，提示PFC具有更宽的治疗窗口。

颞顶联合区（TPJ）

仅中等强度组HbT均值显著高于低强度组（p=0.0104），高强度组峰值较中等强度组呈下降趋势（p=0.0539），说明TPJ对强度更敏感，治疗窗口更窄。

图2 TPJ和PFC组，在四种强度SCS刺激时，平均HbT浓度变化的时间进程。每条曲线周围的红色阴影区域表示标准差。灰色阴影区域表示SCS期间。

图3 四种刺激强度下SCS前、中、后各阶段HbT浓度的比较。图中每个点代表单个患者在SCS前阶段（-5至0秒）、SCS中阶段（0至30秒）和SCS后阶段（30至60秒）的平均值。

图4 在四种SCS强度下，两个脑区ROI之间HbT浓度峰值和平均值

图5

a：左右半球在不同刺激强度下的激活水平。表面颜色是BrainNetVierwer可视化呈现的SCS期间平均血红蛋白阈值（HbT阳性信号）。

b：各通道在各刺激块中的组平均HbT（排除变异系数＞25%的数据）。刺激间隔期（30至150秒）由虚线间的灰色区间标示。

C：不同刺激强度下激活通道数量。

d4：四种刺激强度下的净曲线下面积（AUC）值。

研究结论

最优刺激强度

对于DOC患者，基于个体运动阈值的125%（中强度） 的SCS能产生最优的皮层血流动力学激活，遵循“倒U型”剂量—反应规律。

精准与个体化参数设置的重要性

本研究证明了“一刀切”的固定强度方案不可取。强度过低（低于阈值）可能无效甚至产生抑制，过高则可能因过度刺激而降低疗效，甚至产生负面影响。必须基于个体反应（如运动阈值）进行精确滴定。

fNIRS作为神经调控中“精准调参”的价值

在DOC患者无法提供主观反馈的困境下，fNIRS能够实时、客观、无创地可视化SCS对大脑的即刻效应，为评估疗效和优化参数提供了不可替代的客观生物标志物。这为实现闭环脑机接口（根据实时脑血流反馈自动调整刺激参数）奠定了关键基础。

总结展望

这项研究为意识障碍患者的神经调控治疗开辟了新的道路。通过精确的强度调控，我们有望为这些"沉睡"的患者找到唤醒的钥匙。未来研究可以进一步探索不同刺激参数的组合效应，结合多模态神经影像技术（MEG、EEG等），建立更加完善的个体化治疗体系。

随着脑科学与神经工程技术的不断发展，相信在不久的将来，我们能够为每一位意识障碍患者量身定制最优的治疗方案，帮助他们重新建立与世界的连接，让生命的曙光再次照亮那些沉寂的心灵，为无数家庭带来了新的希望。

撰文：邓青云

审稿：钟 健、尧利书

参考文献：

LiuA,GeQ,JiaoL,PengH,SunY,HanS,ZhangQ,SiJ,HeJ.Stimulationintensitiesinfluencetheeffectsofspinalcordstimulationindisordersofconsciousness:anfNIRSstudy.Neurophotonics.2025Jul;12(3):035003.doi:10.1117/1.NPh.12.3.035003.Epub2025Aug7.PMID:40777927;PMCID:PMC12331174.

扫码下载原文献

获取更多前沿资讯