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解读腹内侧前额叶皮层(VMPFC)的秘密——TMS刺激VMPFC的相关研究
专栏:应用研究
发布日期:2020-04-17
阅读量:644
作者:尧利书
结果:在愤怒辨别任务中,受试者在内侧额叶皮质TMS刺激后的反应变慢,说明TMS通过刺激与腹内侧前额叶(VMPFC)有功能连接的内侧前额叶(MPFC)削弱了愤怒的面部表情的信息处理能力,即降低了愤怒情绪的表达。
近期有读者咨询TMS刺激腹内侧前额叶皮层的相关信息,经过一番整理,这就给安排上!

腹内侧前额叶是一个复杂的区域,对它的具体描述现在还有争议,关于其明确的定义,不同的研究者用来描述不同的脑区。

有些研究者根据腹侧前额叶的结构和连接,将其分为两个部分,内侧(VMPFC)和眼眶周围部分(OFC),腹内侧前额叶和边缘系统、自主系统连接紧密,眶额叶和感觉系统联系紧密。还有研究者认为腹内侧前额叶包括眶额叶的内侧部分,以及内侧前额皮质和前扣带回的腹侧区域[1][2]

目前最流行的划分方法是:根据神经解剖结构和功能,VMPFC包括内侧前额叶皮层的腹侧部分(胼胝体膝部以下)和眼眶表面的内侧部分[3][4]

▲腹内侧前额叶在大脑皮层中的位置

腹内侧前额叶(VMPFC)主要负责与自我有关的情绪信息的加工[4],它主要将信号传导至下丘脑、大脑导水管周围的灰质(与情绪一起调节内脏神经的活动)以及腹侧纹状体(信号奖励、奖励价值有关)。

与此同时,该区域还同杏仁核有着十分紧密的联系,而杏仁核在情绪调控中发挥着重要作用。那么当腹内侧前额叶(VMPFC)的神经网络出现异常时,将导致一系列的情绪障碍,从而出现相应的脑功能疾病。

经颅磁刺激技术(TMS)作为一种新型的神经调控技术,可以利用脉冲磁场,无创伤、无疼痛地穿过皮肤和颅骨,作用于大脑皮层,改变大脑皮层神经的膜电位,使之产生感应电流,影响脑内代谢和神经电活动,治疗相关脑功能疾病。

本文将综述近年来关于TMS刺激腹内侧前额叶(VMPFC)的研究进展。

 TMS刺激VMPFC 
改善情绪管理功能

1. TMS刺激VMPFC区域能够增强个体对恐惧记忆的消退

VMPFC在恐惧消退记忆中至关重要,Raij等[5]通过TMS刺激研究了VMPFC在恐惧消退中的作用。

本研究共纳入28名被试,所有被试首先在第一天习得两个不同的恐惧线索。第二天在进行消退训练(extinction learning)的时候,出现一个恐惧线索时,使用TMS刺激(20 Hz,100%RMT)被试的前额叶区域,刺激点为左前额叶皮层区的2个不同位置,target1(16名被试):刺激点与腹内侧前额叶皮层区存在生理-心理连接,target2(12名被试):刺激点与腹内侧前额叶皮层区不存在生理-心理连接),另一个恐惧线索出现时不使用TMS刺激。利用皮肤电(SCR)作为恐惧反应的生理指标进行评价。

结果:在第三天重复恐惧刺激时,target1组被试的皮肤电反应明显的减低,target2组被试的皮肤电无明显改变。进一步,研究者构建组水平脑图来显示与恐惧相关的TMS刺激后脑区电场分布及弥散MRI纤维连接MRI纤维连接。这些脑图显示了与恐惧消退相关的不同皮层脑区和大尺度脑网络分布。

结论:TMS通过刺激与腹内侧前额叶(VMPFC)有功能连接的大脑皮层,进而间接刺激vmPFC区域能够增强个体对恐惧记忆的消退。

2. VMPFC在认知共情中的重要作用

Lev-Ran等[6]采用经颅磁刺激方法研究腹内侧前额叶(VMPFC)在理解他人情感(认知共)中的作用。

研究选取了13名受试者接受一个双锥线圈的1Hz刺激,刺激强度为100%RMT每个串刺激100个脉冲,共4串400个脉冲,串间隔15分钟。所有受试者还需接受4组随机顺序呈现的心智理论(ToM)和凝视方向刺激。结果发现经VMPFC刺激的rTMS刺激显著影响心智理论(ToM)的反应时间(RT)和学习。

结论:该研究结果证明,腹内侧前额叶(VMPFC)在认知共情中具有非常重要的作用。

3. TMS刺激VMPFC皮层可以降低愤怒情绪的表达

7名平均年龄为31岁的健康志愿者(3名男性)参与这项研究,TMS由四个脉冲的短序列组成,强度为每个参与者脚趾区域活动运动阈值的110%,脉冲间以100ms的间隔施加。受试者进行四种不同的处理,刺激内侧额叶、内侧额叶不刺激、刺激顶叶、顶叶不刺激。

结果:在愤怒辨别任务中,受试者在内侧额叶皮质TMS刺激后的反应变慢,说明TMS通过刺激与腹内侧前额叶(VMPFC)有功能连接的内侧前额叶(MPFC)削弱了愤怒的面部表情的信息处理能力,即降低了愤怒情绪的表达。

该研究与既往研究认为的腹内侧前额叶(VMPFC)活性与负性情绪密切相关[8]的结论一致。

 TMS刺激VMPFC 
改变可卡因成瘾者对毒品诱导的反应性

Kearney-Ramos等[9] 研究了cTBS 刺激左侧腹内侧前额叶皮层(VMPFC)来是否可降低可卡因成瘾者和重度酒精成瘾者额叶和纹状体对药物诱导的反应。

研究者进行了两项单盲、受试者真假刺激的对照实验,分别在接受真或假cTBS之前和之后立即评估神经对药物/酒精诱导和中性诱导的反应性(刺激强度为110%RMT,3600脉冲,25个可卡因成瘾者,24名重度酒精成瘾者)。

结果:在这两个实验中,治疗(真实/虚假)和时间(前后)之间存在显著的交互作用,同时提示相关的功能连接在真cTBS刺激后显著减弱,如下图:

▲可卡因或酒精成瘾者在治疗(真实/虚假)后和基线相比,VMPFC与几个纹状体和显著性脑区之间的功能连接性变化

结论:实验证明cTBS 刺激左侧腹内侧前额叶皮层(VMPFC)可以减弱额纹状体回路中药物和酒精的神经反应性。这些结果为未来的临床试验提供了经验基础,可能用于评估cTBS 刺激VMPFC治疗成瘾的疗效、持久性和临床意义。

 VMPFC研究的前景展望 

VMPFC是一个复杂的脑区,本文只简单阐述了对VMPFC的几种划分方法,以及在情绪管理和可卡因成瘾方面(奖赏机制)的关键作用。随着脑科学的不断发展以及脑成像技术的成熟,VMPFC的功能将不断被研究者们发现。

有研究证明,VMPFC的损伤会出现记忆障碍,不能区分当前和过去事件;也有发现精神分裂症患者在进行情绪任务时VMPFC的激活异常;而VMPFC的诸多功能也与边缘系统有关联,如杏仁核、纹状体、海马体等。

那么,未来TMS是否可以作用于VMPFC而改善更多的脑功能疾病,这一切将需要更多的临床试验来探究。

参考文献:
[1] Bouret S, Richmond B J. Ventromedial and Orbital Prefrontal Neurons Differentially Encode Internally and Externally DrivenMotivational Values inMonkeys. Neuroscience.2010(30).
[2] Ongur D, Price JL. The organization of networks within the orbital and medial prefrontal cortex of rats, monkeys and humans.Cereb Cortex. 2000(10)
[3] Clark L., Bechara A. et al. Differential effects of insular and ventromedial prefrontal cortex lesions on risky decision-making. Brain.2008(131)
[4] Koenigsa M, Grafman J. The functional neuroanatomy of depression: Distinct roles for ventromedial and dorsolateral prefrontal cortex. Behavioural Brain Research.2009(201)
[5] T Raij, A Nummenmaa,et al.Prefrontal cortex stimulation enhances fear extinction memory in humans.Biol. Psychiatry 2018
[6] S. Lev-Ran,et al.Transcranial magnetic stimulation of the ventromedial prefrontal cortex impairs theory of mind learning.European Psychiatry 27 (2012) 285–289
[7] C. J.Harmer, et al. Transcranial magnetic stimulation of medial-frontal cortex impairs the processing of angry facial expressions. Nature Neuroscienc, 2001, 4(1): 17-18
[8] 冯正直.背外侧—腹内侧前额叶皮层神经回路异常介导抑郁的研究进展.国家自然科学基金,2011
[9] Tonisha E. Kearney-Ramos, et al. Transdiagnostic Effects of Ventromedial Prefrontal Cortex Transcranial Magnetic Stimulation on Cue Reactivity.Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 2018 July ; 3(7): 599–609.

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