新型腦深部刺激設備與強大的人工智慧相結合，可改善抗藥性憂鬱症的治療。研究人員利用一種能夠記錄大腦訊號的新型腦深部刺激（DBS）設備，確定了一種與抗藥性憂鬱症臨床復健跡象相關的大腦活動模式或”生物標記”。這項小型研究的發現是利用大腦數據來了解患者對DBS 治療反應的重要一步。

兩根DBS 導線植入扣帶下皮層，神經纖維延伸到其他腦區。大腦活動特徵或生物標記可以幫助科學家追蹤憂鬱症狀並優化DBS 技術。資料來源：西奈山伊坎醫學院Ki Seung Choi/Mayberg 實驗室

這項研究發表在《自然》（Nature）雜誌上，並得到了美國國立衛生研究院”透過推進創新神經技術進行腦研究計劃”（BRAIN Initiative）的支持。

DBS 的臨床應用

儘管這種方法仍處於實驗階段，但臨床研究表明，DBS 可以安全有效地用於治療抗憂鬱藥物治療後症狀仍無改善的憂鬱症病例，這種憂鬱症被稱為抗藥性憂鬱症。接受DBS 治療的患者需要接受手術，將薄薄的金屬電極植入特定的大腦區域，以產生電脈衝來調節大腦活動。人們對DBS 究竟如何改善憂鬱症患者的症狀還不甚了解，這使得研究人員很難客觀地追蹤患者對治療的反應，並根據需要進行調整。

這項小型研究招募了10名患有難治性憂鬱症的成年人，他們都接受了為期6個月的DBS治療。每位參與者在開始時都接受相同劑量的刺激，然後刺激程度增加一到兩次。隨後，研究人員使用人工智慧（AI）工具分析了收集到的六名患者的大腦數據，並觀察到一種常見的大腦活動特徵或生物標誌物，與患者自我報告的憂鬱症狀或穩定的康復症狀相關。在一名患者身上，研究人員發現了該生物標記，並透過回顧性分析預測出患者會在臨床訪談顯示其有復發風險的四週前再次陷入重度憂鬱發作。

改進DBS 治療

“這項研究表明，新技術和數據驅動的方法可以改進重度憂鬱症的DBS 治療，而重度憂鬱症會使人衰弱，”BRAIN 計劃主任John Ngai 博士說。”正是BRAIN Initiative 所促成的這種合作，使有前景的療法更接近臨床應用。

在這項研究中，患者接受了針對扣帶下皮質（SCC）的DBS治療，扣帶下皮質是調節情緒行為的腦區，與悲傷情緒有關。扣帶回皮質的DBS 是一種新興療法，可以長期穩定地緩解憂鬱症狀。然而，使用DBS 治療憂鬱症仍具有挑戰性，因為每位患​​者的穩定康復之路都不盡相同。臨床醫生還必須依靠患者訪談中的主觀自我報告和精神評級量表來追蹤症狀，而這些症狀會隨著時間的推移而波動。這就很難區分正常的情緒變化和需要調整刺激的更嚴重情況。此外，DBS治療後症狀的變化可能需要數週或數月才能出現，因此很難判斷治療效果如何。

“此生物標記表明，大腦訊號可用於幫助了解患者對DBS 治療的反應，並對治療做出相應調整，”美國國立衛生研究院國家精神衛生研究所所長、醫學博士約書亞-戈登（Joshua A. Gordon）說。”這些發現標誌著將療法轉化為實踐的一大進步”。

患者的反應和技術的作用

研究中的患者對DBS 治療反應良好；6 個月後，90% 的患者憂鬱症狀明顯改善，70% 的患者病情緩解或不再憂鬱。如此高的反應率為我們提供了一個難得的機會，讓我們可以回顧並研究每位患者的大腦在治療過程中對刺激的不同反應。

亞特蘭大佐治亞理工學院朱利安-T-海塔爾講座教授、電機與計算機工程學博士克里斯托弗-羅澤爾和他的同事們使用了一種名為可解釋人工智能的技術來了解大腦活動的這些微妙變化。該演算法利用大腦數據區分憂鬱狀態和穩定恢復狀態，並能解釋大腦中哪些活動變化是這種轉變的主要驅動因素。重要的是，該生物標記還能區分正常的日常短暫情緒變化和持續惡化的症狀。這種演算法可以為臨床醫生提供早期預警訊號，表明患者正在向高度憂鬱狀態發展，需要進行DBS 調整和額外的臨床護理。

進一步的見解和下一步

研究的共同第一作者、紐約市伊坎西奈山納什家族高級迴路治療中心主任海倫-梅伯格（Helen Mayberg）醫學博士說：”研究中的10 位患者中有9 位病情有所好轉，這為使用新技術追蹤患者的復健軌跡提供了絕佳的機會。」我們的目標是確定一種客觀的神經訊號，幫助臨床醫生決定何時或不進行DBS 調整。”

該研究的共同資深作者羅澤爾博士說：”我們的研究表明，透過在同一腦區使用單電極的可擴展程序和知情的臨床管理，我們可以讓患者的病情好轉。這項研究還為我們提供了一個絕佳的科學平台，讓我們了解患者之間的差異，而這正是治療抗藥性憂鬱症等複雜精神疾病的關鍵所在。”

接下來，研究小組分析了從患者手術前收集的核磁共振腦部掃描數據。結果顯示，DBS療法所針對的特定大腦網路存在結構和功能異常。更嚴重的白質缺陷與更長的恢復時間有關。

研究人員還利用人工智慧工具分析了從參與者訪談影片中提取的面部表情變化。在臨床環境中，患者的面部表情可以反映其憂鬱症狀的嚴重程度，精神科醫生很可能在常規臨床評估中發現這種變化。他們發現個別患者的表情模式與他們從患病到穩定康復的轉變相吻合。這可以作為一種額外的工具和新的行為標記來追蹤DBS 治療的恢復情況。要確定影片分析是否能可靠地預測當前和未來的疾病狀態，還需要更多的研究。

觀察到的面部表情變化和解剖學缺陷都與生物標記捕捉到的認知狀態有關，這支持將這種生物標記用於管理憂鬱症的DBS 治療。

研究小組成員包括亞特蘭大埃默里大學醫學院的Mayberg 博士、Rozell 博士和Patricio Riva-Posse 醫學博士，目前正在西奈山醫院的第二批患者中證實他們的研究結果。未來的研究將繼續探索DBS 的抗憂鬱作用，並使用下一代設備研究情緒瞬間變化的神經基礎。

據研究小組稱，這項研究標誌著針對各種精神障礙（包括嚴重憂鬱症、強迫症、創傷後壓力症候群、暴食症和藥物使用障礙）的早期DBS 治療取得了重大進展。其他DBS 研究已經確定了慢性疼痛的大腦生物標記物，但利用大腦數據成功治療病人的方法仍在開發中。