从发现环路到揭示机制！昌平实验室在帕金森病治疗研究上再获突破

随着我国人口老龄化不断加深，帕金森病(Parkinson’s disease, PD)等神经退行性疾病的患病人群持续增加，给社会医疗体系带来了日益沉重的负担。脑深部刺激（Deep Brain Stimulation, DBS，又称脑起搏器）是目前治疗中晚期帕金森病最有效的神经调控手段之一。该疗法通过神经外科手术将电极植入大脑深部特定核团，并通过持续电刺激调节异常神经活动，从而缓解患者症状。20世纪80年代，人们偶然发现DBS能够缓解帕金森病的运动症状，这一发现成为功能神经外科发展的重要转折点。此后数十年间，DBS技术不断完善，逐渐成为帕金森病外科治疗的标准手段之一。由于DBS在临床上的成功，该技术获得了拉斯克奖——这一奖项被视为诺贝尔生理学或医学奖的“风向标”。然而，尽管DBS在临床上取得巨大成功，经过近40年的研究，其作用于脑功能环路的核心机制仍未被系统阐明。

2026年3月13日，昌平实验室刘河生教授团队与清华大学李路明院士团队合作，在国际顶级期刊《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）发表最新研究成果。该研究通过全新的DBS-精准神经影像同步实验范式，系统描绘了神经刺激过程中大脑功能环路短期及长期响应，进一步揭示了SPARK（SCAN-Parkinson’s）环路神经调控治疗中的关键作用，为SPARK环路在帕金森病治疗中的核心地位提供了新的直接证据，实现了从发现关键脑环路到揭示神经调控机制的重要推进。

从环路发现到机制解析

2026年2月5日，刘河生团队在《自然》（Nature）发表重要研究成果，首次在脑功能环路层面揭示了帕金森病的核心异常环路-SPARK环路模型。

该模型认为，以皮层躯体认知网络（SCAN）为核心的皮层–皮层下功能环路可能构成帕金森病的重要病理基础，而神经调控治疗的重要作用机制正是对这一关键环路进行调节和重塑。这一发现从功能环路层面为重新认识帕金森病提供了新的视角，首次从脑环路层面解释了帕金森病运动及非运动等复杂症状的共同机制，并为神经调控治疗提供了新的理论框架。

然而，SPARK环路在神经调控过程中的动态响应及其神经机制仍然有待进一步研究。特别是，目前临床最有效的DBS疗法在大脑中究竟如何调控SPARK环路，目前仍不清楚。为了回答这一问题，研究团队采用3T磁共振兼容DBS技术，提出了DBS-精准神经影像同步研究范式，即在患者接受DBS的同时采集功能磁共振成像（fMRI）数据，从而能够在人脑中直接观察神经刺激对脑功能网络的短期和长期影响。

研究团队对14位接受丘脑底核团（STN）DBS治疗的帕金森病患者进行了系统的多模态神经影像采集和临床评估，并在一年时间内进行了5次纵向随访（图1）。整个研究过程中，每位患者累计采集11.7小时功能磁共振数据，2.2小时结构影像数据，1.3小时弥散影像数据，总数据量超过200小时，相当于超过2000人次标准6分钟的fMRI扫描，构建了目前世界上已知规模最大的DBS-fMRI纵向、多模态、精准神经影像数据集。同时，在数据采集期间，研究人员完成了在7种不同刺激条件下记录大脑活动，包括刺激开启与关闭、连续刺激与任务设计刺激，以及不同刺激频率条件，实现了能够在不同时间尺度下描绘DBS对脑网络的即时和长期调控效应。

图1 DBS-精准神经影像数据集

DBS揭示SRARK环路是神经调控关键响应区域

通过比较DBS刺激开启与关闭状态下的大脑活动变化，研究人员在人脑中直接观察到神经刺激引发的脑网络反应。结果发现，在刺激过程中，大脑运动皮层中的SPARK节点表现出最强的神经活动响应，并显著高于其他传统运动网络区域（图2）。这一发现为此前提出的SPARK环路提供了重要的证据支撑，表明SPARK环路不仅在帕金森病中存在异常，同时也是神经刺激引发大脑活动变化的关键响应环路。

图2 DBS诱发的神经活动响应位于SPARK环路

进一步研究发现，SPARK皮层通路在刺激过程中表现为明显的神经活动抑制，并且在不同随访时间点（1月、3月、6月和12月）的比较中表现出抑制效应随着治疗时间逐渐增强。这一结果提示，SPARK环路可能在DBS神经调控过程中发挥重要作用。

上述结果与前期Nature工作中发现的DBS以及多种调控方式（药物、磁波刀和经颅磁刺激）下SPARK环路异常功能连接正常化一致，进一步证实了SRARK环路是神经调控关键响应环路。

DBS可重塑SPARK功能连接异常

研究团队进一步分析了DBS对大脑功能连接的调节作用。结果显示，在帕金森病患者中，一部分异常功能连接在DBS刺激后逐渐恢复至接近健康人群的水平，而这些“正常化”的连接主要集中在运动皮层中的SPARK环路节点。与此同时，另一部分功能连接则在刺激后进一步偏离健康人群的连接模式，这些变化主要分布在传统运动网络中。

研究还发现，不同患者之间的大脑功能网络存在明显的个体差异，而这些差异可能直接影响神经调控治疗效果。通过分析刺激靶点与SPARK网络之间的个体化功能连接，研究团队发现该指标能够显著预测患者术后的运动症状改善程度。这一结果提示，未来神经调控治疗有望从目前主要依赖经验的“试错式调参”，逐步发展为基于脑功能环路的个体化精准治疗模式。

总结

从《Nature》首次提出SPARK环路，到《Nature Neuroscience》通过神经刺激实验直接观察SPARK环路的功能响应，这一系列研究发现逐步构建起帕金森病脑环路机制的系统框架。以上成果不仅深化了对SPARK环路的机制理解，也为基于脑功能环路的精准神经调控提供了新的临床依据。随着精准神经影像技术与神经调控技术的不断发展，未来脑疾病治疗有望从传统的症状管理模式，逐步迈向以脑功能环路为核心的精准医学时代。

同时，研究团队已经将本研究获得的大规模DBS-精准神经数据集在我国开源数据平台Science Data Bank面向全球科研社区开放（https://doi.org/10.57760/sciencedb.26302），以推动神经调控机制研究及个体化治疗策略的发展。