npj PD｜亚稳态重塑！  

马婷/张陈诚/刘宇团队揭示帕金森病中丘脑底核靶向的侵入

与非侵入式神经调控的共同起效机制

导语

近日，哈尔滨工业大学（深圳）马婷教授团队、上海交通大学医学院瑞金医院张陈诚教授团队与上海体育大学刘宇教授团队在npj Parkinson's Disease上发表了，题为“Neuromodulation-induced normalization of cortical metastable dynamics signatures in Parkinson's disease”的论文。研究表明，STN靶向的神经调控（DBS和tTIS）通过恢复大脑亚稳态动态平衡，实现对异常脑状态的系统性重塑，并直接关联运动症状改善。该研究从脑网络动力学层面打通了侵入与非侵入神经调控之间的机制桥梁，为未来精准治疗提供了全新思路。

论文首页（npj Parkinson's Disease，Article in Press）

研究背景

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种以运动障碍为核心的神经退行性疾病，典型表现包括震颤、运动迟缓、肌肉强直及姿势不稳等。当前，丘脑底核深脑电刺激（subthalamic nucleus deep brain stimulation，STN-DBS）已成为改善PD运动症状的核心治疗手段之一[1-3]，但其如何在全脑层面发挥作用仍未明确。近年来，经颅时间干涉刺激（transcranial temporal interference stimulation，tTIS）作为新兴的非侵入式神经调控技术逐渐受到关注[4]，已被证实能够改善PD症状，展现出替代或补充DBS的潜力。然而，两者是否共享统一的脑网络作用机制仍是关键科学问题。

大脑并非静态系统，而是在不同功能状态之间不断切换，这些状态由大规模神经网络的整合与分离动态平衡所驱动。这种平衡被称为亚稳态（metastability）[5,6]。PD被认为伴随这一平衡受损，表现为脑状态转换异常及网络僵化[7,8]。因此，一个自然的假设是：STN靶向神经调控是否通过重塑亚稳态动态来恢复全脑功能。对此的回答将为理解神经调控机制及发展精准治疗策略提供重要方向。

研究内容

1. STN-DBS促进特定功能状态表达，并直接关联运动症状改善

该研究纳入25名接受了STN-DBS的PD患者、11名接受了STN-tTIS的PD患者和16名正常对照组被试，在调控前后分别进行了脑功能磁共振影像扫描和症状评估。采用WEiDA（Weighted Eigenvector Dynamics Analysis）计算框架识别了4个重复出现的脑功能状态（State）。相比于正常人，PD患者State V-VA/SM（表现为视觉网络和腹侧注意/感觉运动网络解耦的协调模式）的出现概率显著降低；而接受了STN-DBS刺激后，该状态的出现明显回升，且这种调控引起的动态变化与患者运动症状的改善相关。

图1. STN-DBS促进State V-VA/SM表达，并与运动症状改善相关

2. 功能状态切换变化的背后是局部亚稳定性的改变

STN-DBS能够显著缓解PD患者State V-VA/SM亚稳定性的异常升高，并且这种调控前后亚稳定性的改善与患者State V-VA/SM出现概率的回升相关。

图2. STN-DBS引起的局部亚稳定性变化

3. 局部亚稳定性变化的背后是功能分离的改变，且与乙酰胆碱的基因表达有关

STN-DBS能够有效恢复PD病理引起的视觉网络与腹侧注意/感觉运动网络之间的功能分离减弱，且这种功能分离的增强与State V-VA/SM局部亚稳定性的改善显著相关。进一步的分析表明这种神经调节诱导的功能分离重构与胆碱能受体基因表达的空间分布显著重叠。

图3. 视觉网络与腹侧注意/感觉运动网络功能分离的变化会影响对应状态的局部亚稳定性

4. STN-tTIS与STN-DBS共享相同的亚稳态重塑机制

研究者将上述分析扩展到了接受tTIS治疗的PD受试者上，复制了DBS中观察到的所有亚稳态动力学发现：State V-VA/SM的动态切换对STN-tTIS刺激表现出显著的正常化反应且与患者运动症状改善显著相关，视觉网络与腹侧注意/感觉运动网络的解耦（功能分离增强）“稳定”了这种协调模式（亚稳定性减弱），引导调控后的的患者大脑更容易进入这一状态，从而运动症状得到缓解。

图4. STN-tTIS引起的皮层亚稳态动力学变化与STN-DBS一致

图5. STN靶向的侵入式（DBS）与非侵入式（tTIS）神经调控共享的亚稳态重塑起效机制

文章结论与讨论，启发与展望

本研究系统评估了接受丘脑底核深脑电刺激治疗的帕金森病患者的皮层功能动态和亚稳定脑状态。发现STN刺激后出现的一种“正常化”脑状态——其特征为视觉网络与感觉运动/腹侧注意网络之间分离增强——与神经调控治疗后的运动功能改善显著相关。进一步分析发现，这种脑状态的转变可由其底层的亚稳态动力学变化加以解释。值得注意的是，该亚稳态动态特征在STN-DBS与STN-tTIS中表现出高度一致性，凸显了其跨调控方式的普适性。上述发现提示，未来有必要进一步探索全脑亚稳态动力学在疗效预测中的潜在价值，从而为基于连接组的精准神经调控提供理论依据。

参考文献

1. G. Deuschl et al., A randomized trial of deep-brain stimulation for Parkinson's disease. N Engl J Med 355, 896-908 (2006).

2. P. Krack et al., Five-year follow-up of bilateral stimulation of the subthalamic nucleus in advanced Parkinson's disease. N Engl J Med 349, 1925-1934 (2003).

3. P. Limousin, T. Foltynie, Long-term outcomes of deep brain stimulation in Parkinson disease. Nat Rev Neurol 15, 234-242 (2019).

4. Yang C, Xu Y, Feng X, et al. Transcranial temporal interference stimulation of the right globus pallidus in Parkinson's disease[J]. Movement Disorders, 2025, 40(6): 1061-1069.

5. E. Tognoli, J. A. Kelso, The metastable brain. Neuron 81, 35-48 (2014)

6. F. Hancock et al., Metastability demystified - the foundational past, the pragmatic present and the promising future. Nat Rev Neurosci 26, 82-100 (2025).

7. C. Chu et al., Subthalamic stimulation modulates motor network in Parkinson's disease: recover, relieve and remodel. Brain 146, 2780-2791 (2023)

8. L. Wang et al., Dopamine depletion and subcortical dysfunction disrupt cortical synchronization and metastability affecting cognitive function in Parkinson's disease. Hum Brain Mapp 43, 1598-1610 (2022).

论文信息

哈尔滨工业大学（深圳）马婷教授、上海交通大学医学院附属瑞金医院张陈诚教授与上海体育大学刘宇教授为该论文的共同通讯作者；哈尔滨工业大学（深圳）副研究员叶辰飞、博士生冉晨和上海体育大学博士生徐永鑫为该论文的共同第一作者；上海交通大学医学院初春光博士等为该论文做出了重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科学技术计划等项目的资助。

论文题目：Neuromodulation-induced normalization of cortical metastable dynamics signatures in Parkinson's disease

发表期刊：npj Parkinson's Disease

DOI：https://doi.org/10.1038/s41531-026-01354-3

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41531-026-01354-3

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