经皮耳迷走神经电刺激调控“岛叶-内侧前额叶网络”的突破性研究
2025-09-15 来源:本站 点击次数:62迷走神经作为自主神经系统的重要组成部分，在维持机体内环境稳态和调控多种生理功能中发挥关键作用[1]。传统迷走神经刺激虽已显示出较好的治疗效果，但由于其侵入性操作限制了临床普及。
近年来，经皮耳迷走神经刺激（transcutaneous auricular vagus nerve stimulation, taVNS）因其非侵入性、操作简便等优点而备受关注[2]。岛叶属于突显网络，负责整合内外感知信号。内侧前额叶皮层（Medial Prefrontal Cortex, MPFC）是默认模式网络的核心节点，参与自我参照和情绪调节。二者之间的功能连接对协调体内感知与认知情绪调控具有重要意义。目前，神经影像学已初步验证taVNS对岛叶、内侧前额叶等脑区的影响，但其具体调控机制尚未明确。
基于此，东南大学葛盛课题组提出通过静息态功能磁共振成像技术，对taVNS调控岛叶与MPFC之间功能连接的效应进行系统探索，以期为神经疾病的新型非侵入性治疗提供理论依据。
近年来，经皮耳迷走神经刺激（transcutaneous auricular vagus nerve stimulation, taVNS）因其非侵入性、操作简便等优点而备受关注[2]。岛叶属于突显网络，负责整合内外感知信号。内侧前额叶皮层（Medial Prefrontal Cortex, MPFC）是默认模式网络的核心节点，参与自我参照和情绪调节。二者之间的功能连接对协调体内感知与认知情绪调控具有重要意义。目前，神经影像学已初步验证taVNS对岛叶、内侧前额叶等脑区的影响，但其具体调控机制尚未明确。
基于此，东南大学葛盛课题组提出通过静息态功能磁共振成像技术，对taVNS调控岛叶与MPFC之间功能连接的效应进行系统探索，以期为神经疾病的新型非侵入性治疗提供理论依据。
图1. 文章信息论文概要
2024年10月，IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics杂志发表了东南大学生物科学与医学工程学院葛盛课题组题为《Insula-Medial Prefrontal Cortex Functional Connectivity Modulated by Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation: An fMRI Study》的研究。研究团队所属单位包括东南大学、湖南师范大学、长崎大学及南京医科大学等。
该研究结果显示，taVNS显著减弱了岛叶与MPFC间的负向功能连接，调控二者功能连接可能反映其对“内感受-认知”协同功能的整合作用，提示其可能通过改善内感受与认知情绪调控之间的平衡发挥治疗作用。这一发现可能为taVNS在情绪障碍或自主神经失调中的治疗机制提供新见解。
实验设计与结果分析
该研究共招募32名健康成年志愿者，随机分为taVNS组和假刺激组。所有受试者均在刺激前后接受静息态fMRI扫描，采集大脑结构及功能数据。taVNS组在左耳耳甲区（迷走神经耳支分布区域[3]）进行30分钟电刺激，而假刺激组则在耳垂进行无效刺激，以排除非特异性效应。具体实验范式如图2所示。
图2. 实验范式
数据预处理采用CONN工具箱[4]进行，包括切片时序校正、运动校正、标准化及空间平滑等步骤，同时通过线性回归消除头动及生理噪声。接下来，研究者选取左/右前岛叶（LAI / RAI）及MPFC作为感兴趣区域，计算各区域之间的平均BOLD信号相关性，并通过Fisher r-to-z转换增强统计比较的可靠性。
注：Fisher r - z 变换是一种数学变换方法，它能把原本可能不服从正态分布的皮尔逊相关系数 r，转换为近似服从正态分布的 z 分数。在统计学分析中，很多方法都要求数据服从正态分布，该变换在涉及相关系数的统计分析里非常重要。例如在研究多个变量之间的相关性时，经过变换后的数据能更准确地进行假设检验、构建置信区间等操作。
结果如图3所示，岛叶与MPFC之间的抑制性联系在两组刺激前均存在；而在taVNS组中，刺激后这种负向连接显著减弱，表明taVNS可使两区域之间的信息传递趋于平衡。假刺激组则未观察到类似变化，提示该调控效应具有特异性。
图3. taVNS显著削弱岛叶-内侧前额叶之间的负向功能连接
此外，种子到全脑体素的功能连接分析进一步探讨了taVNS对全脑的影响（见图4）。以岛叶作为种子区域时，刺激后与MPFC及右中颞回等区域的功能连接显著增强；以MPFC作为种子时，原先与岛叶之间的负相关关系在taVNS后消失，同时与默认模式网络核心区域如后扣带皮层的正向连接亦有所减弱。这些结果表明，taVNS不仅局部调控了岛叶与MPFC之间的直接连接，还可能通过重塑全脑网络结构来改善内感受信息的传递与认知情绪调控的协调性。
图4. taVNS对岛叶-内侧前额叶网络的调控作用
结论与讨论、启发与展望
该研究明确证明，经皮耳迷走神经电刺激能够显著调控岛叶与内侧前额叶皮层之间的功能连接，其主要表现为刺激后两区域间负向连接的减弱。该发现提示，taVNS可能通过促进内感受信号与高级认知情绪处理的协同作用，为改善情绪障碍提供新思路。与此同时，研究还显示taVNS对默认模式网络等大范围脑网络具有调控作用，为理解taVNS神经调控作用的脑网络重组机制提供了新视角。“岛叶-内侧前额叶网络”有望成为taVNS疗效验证的神经标志物，助力其在临床应用中的精准干预。
未来研究仍需在更大规模人群及不同参数条件下进一步验证该效应，并探索其在临床病理状态下的具体应用潜力。此项研究为taVNS在神经疾病治疗中的应用开辟了新途径，也为相关领域的深入探索提供了宝贵实验依据。
参考文献
[1] H. R. Berthoud and W. L. Neuhuber, “Functional and chemical anatomy of the afferent vagal system,” Auton. Neurosci. Basic Clin., vol. 85, no. 1–3, pp. 1–17, Dec. 2000, doi: 10.1016/S1566-0702(00)00215-0.
[2] Y. Wang et al., “Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation: From Concept to Application,” Neurosci. Bull., vol. 37, Dec. 2020, doi: 10.1007/s12264-020-00619-y.
[3] M. F. Butt, A. Albusoda, A. D. Farmer, and Q. Aziz, “The anatomical basis for transcutaneous auricular vagus nerve stimulation,” J. Anat., vol. 236, no. 4, pp. 588–611, Apr. 2020, doi: 10.1111/joa.13122.
[4] S. Whitfield-Gabrieli and A. Nieto-Castanon, “Conn: a functional connectivity toolbox for correlated and anticorrelated brain networks,” Brain Connect., vol. 2, no. 3, pp. 125–141, 2012, doi: 10.1089/brain.2012.0073.
原文链接
Y. Zhang et al., “Insula-Medial Prefrontal Cortex Functional Connectivity Modulated by Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation: An fMRI Study,” IEEE J. Biomed. Health Inform., vol. 28, no. 10, pp. 5962–5970, Oct. 2024.
doi: 10.1109/JBHI.2024.3423019.
研究团队介绍
该文章作者包括张玉娇、Pan Lin、Ruimin Wang、Jiang Zhou（共同第一作者）、Xiaoquan Xu、Wenhao Jiang、Xiongying Pu以及通讯作者葛盛，各作者所属机构如下：张玉娇与葛盛隶属于东南大学生物科学与医学工程学院、儿童发展与学习科学教育部重点实验室；Pan Lin就职于湖南师范大学脑与认知科学中心、交叉学科研究院；Ruimin Wang任职于日本佐贺大学理工学部电气与电子工程系；Jiang Zhou、Xiaoquan Xu、Wenhao Jiang与Xiongying Pu均来自南京医科大学第一附属医院放射科。
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