帕金森病（Parkinson's Disease，PD）是一种复杂的神经退行性疾病，其特征性运动症状包括运动迟缓、强直和震颤。这些症状与脑内皮质-基底神经节-丘脑回路（CBTC）的异常活动密切相关。丘脑底核（STN）的深部脑刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）已成为标准治疗方案之一。然而，DBS具体如何调节CBTC网络的活动，以及如何缓解不同运动症状，其精确机制尚不完全清楚。
近日，天津大学电气自动化与信息工程学院王江教授、刘晨教授团队和上海交通大学医学院附属瑞金医院张陈诚医生团队，合作在npj parkinson’s disease期刊上发表了题为：Push-pull effects of basal ganglia network in Parkinson’s disease inferred by functional MRI的重要研究成果，该研究揭示了帕金森病患者在STN-DBS治疗下的神经网络动态调节机制，并提出了“推拉效应”（Push-Pull Effects）的概念，为理解治疗PD运动症状的神经环路机制提供了全新视角。
该研究将微观神经环路模型与宏观功能磁共振成像（fMRI）做了连接，微观环路神经动态采用Izhikevich模型模拟了600个单神经元的动作电位，采用Balloon模型建立了从介观到宏观核磁信号的桥梁。模型跨越了微-介-宏三个神经尺度，通过贝叶斯搜索算法实现了从宏观到微观的估计与探测，可实现从脑功能到神经环路耦合的逆向估计。该环路中6个核团间存在10个耦合突触连接，已知因多巴胺缺失会导致这些连接发生变化，该研究假定这10个耦合参数为待拟合参数，结合fMRI与多尺度计算模型，分析了PD患者在DBS开启与关闭状态下的脑功能连接差异。
不同的PD症状是否是环路耦合差异性变化导致？DBS是否一定是通过影响致病耦合而改善症状？为此作者依据UPDRS-III量表细分了33个帕金森病运动症状，寻找和PD症状严重程度相关的耦合参数，验证DBS是否通过改善特定耦合参数而改善相应症状。结果表明，CBTC网络对多巴胺缺失和DBS影响下的突触动力学具有推拉作用。在CBTC网络的背景下，突触耦合改变“推动”该系统走向病理状态，与PD特征的各种运动症状的出现有关。相反，DBS的治疗性干预对突触耦合产生“拉动”效应，使其恢复到正常状态，并改善特定的运动症状。
综上所述，该研究在传统fMRI分析的基础上，结合神经计算建模，实现了从宏观脑功能到微观突触动态的全面连接。这种方法不仅为理解帕金森病的病理机制提供了新视角，也为未来DBS的个性化优化设计提供了潜在支持。研究团队表示，未来将进一步扩展模型，探索更多脑区的交互作用，并研究DBS对震颤等其他症状的作用机制。作者将多学科技术相结合，创新性地揭示了PD患者CBTC网络的推拉效应，为个性化帕金森病的治疗提供了新的理论模型。
