一文了解闭环神经刺激的应用
一文了解闭环神经刺激的应用
以神经性相关疾病治疗为例，现有的治疗手段对大部分患者的症状控制效果并不理想。为什么？患者症状表现复杂且多样，难以用“一刀切”的方案解决问题。有什么解决办法吗？大家还记得上期我们聊到的闭环刺激记录的研究吗？是的，闭环神经刺激技术，可能为这个困境带来转机。
相比开环，闭环神经刺激通过监测与症状相关的生物标志物，只在检测到目标状态时提供治疗，更具针对性，更靠近理想的精准医疗！
本文将总结当前闭环神经刺激技术的实际应用场景，并为您提前梳理电生理实验培训课中涉及的核心内容——三大“闭环式”刺激记录技术。
什么是闭环神经刺激？
神经刺激是一组利用电能、电磁能或超声波能量调节神经系统活动的技术，可分为非侵入性和侵入性方法。这些方法可以通过开环（持续或固定周期）或闭环（基于生物标志物的动态反馈控制）方式实施。
图d示一个可以自动调整刺激参数的闭环系统。来源：Toward Closed-Loop Electrical Stimulation of Neuronal Systems: A Review.
侵入式神经刺激有以下几种模式方法已经被FDA批准，其中2022年，FDA批准了闭环脊髓刺激：
- 脊髓刺激（SCS）：电刺激传递到硬膜外空间，植入式脉冲发生器（IPG）植入腹部或臀部。
- 植入式迷走神经刺激（VNS）：电刺激传递到迷走神经传入网络，包括脑干、皮质下和皮质结构。IPG植入胸部，电极包绕颈部迷走神经。
- 脑深部刺激（DBS）：电刺激通过条状或深部电极传递到大脑，IPG被植入到胸部或颅内。
闭环刺激研究进展
闭环刺激通过实时监测生理信号（如LFP、ECAP、心率等）动态调控神经活动，精准治疗神经、慢性疼痛和心血管疾病，显著改善症状并优化个性化治疗效果。
帕金森病 X 闭环深部脑刺激（DBS）
帕金森病的闭环深部脑刺激（DBS）通过实时监测与疾病相关的核心生物标志（如β振荡功率和持续时间），动态调整刺激参数以改善运动症状。其设计原理基于识别病理性神经信号，如异常的β振荡同步化及其相位-振幅耦合，通过响应式或自适应式反馈系统，实现精准的神经调控。相比传统的开环DBS，闭环DBS不仅能显著提高治疗效率，还能减少刺激时间和相关副作用，为个性化神经疾病治疗开辟了新路径。
来源：Biomarkers for closed-loop deep brain stimulation in Parkinson disease and beyond. [深部脑刺激设计]
阿尔兹海默病 X 闭环深部脑刺激（DBS）
闭环深部脑刺激（DBS）通过实时监测与记忆相关的神经信号（如海马θ波和θ-γ相位耦合），精准调控刺激时间和强度，以恢复阿尔茨海默病（AD）患者的记忆功能。相比开环DBS，闭环策略更具生理相关性，能够动态适应患者的神经状态，增强突触可塑性（如长时程增强，LTP）、恢复异常神经振荡、并减缓神经炎症对脑功能的损害。作为一种机制导向的治疗方式，闭环DBS展现了改善AD认知障碍和延缓疾病进程的潜力。
来源：Fornical Closed-Loop Stimulation for Alzheimer’s Disease
[为阿尔兹海默提出的六种闭环式刺激的策略]
癫痫 X 闭环脑局部皮层刺激
通过实时监测脑电信号（如异常功率、尖波或频率变化）精准检测癫痫发作，并即时触发电刺激干预，如局部皮层电刺激（如NeuroPace系统）。这些干预措施能够通过调节神经网络活动，抑制异常放电，从而显著缩短发作持续时间和减少发作频率。相比传统持续刺激模式，闭环系统仅在发作时提供干预。
来源：Neuroelectronics and BioopticsClosed-Loop Technologies in Neurological Disorders[闭环干预以抑制自发性癫痫发作]
心血管疾病（CVD）X 闭环VNS
闭环迷走神经刺激（VNS）在心血管疾病（CVD）治疗中展现出显著潜力。闭环VNS系统通过实时监测患者的生理参数，如心率、血压和心率变异性，动态调整刺激参数，实现个性化治疗。然而，闭环VNS在临床应用中仍面临挑战，包括优化刺激参数、开发可靠的监测技术以及确保患者的安全性和舒适度。
来源：Closed-Loop Vagus Nerve Stimulation for the Treatment of Cardiovascular Diseases: State of the Art and Future Directions
疼痛 X 闭环脊髓刺激
闭环脊髓刺激（Closed-loop Spinal Cord Stimulation, CL-SCS）是一种基于神经反馈的精确调控技术，利用诱发复合动作电位（ECAP）作为实时生理标志，通过闭环反馈机制动态调整刺激参数，从而实现神经激活的精准控制。相比传统的开放环脊髓刺激（OL-SCS），CL-SCS显著提升了治疗效果，在36个月的临床随访中表现出更高的疼痛缓解率（≥50%缓解率达77.6%，≥80%缓解率达49.3%），并在患者报告的身体功能、睡眠质量、情绪状态和生活质量等多个维度取得全面改善。
来源：ECAP-controlled closed-loop versus open-loop SCS for the treatment of chronic pain: 36-month results of the EVOKE blinded randomized clinical trial [第36个月时患者的疼痛变化，基于开环和闭环刺激的对比]