迷走神經作為自主神經系統的重要組成部分，在維持機體內環境穩態和調控多種生理功能中發揮關鍵作用^[1]。傳統迷走神經刺激雖已顯示出較好的治療效果，但由于其侵入性操作限制了臨床普及。

近年來，經皮耳迷走神經刺激（transcutaneous auricular vagus nerve stimulation, taVNS）因其非侵入性、操作簡便等優點而備受關注^[2]。島葉屬于突顯網絡，負責整合內外感知信號。內側前額葉皮層（Medial Prefrontal Cortex, MPFC）是默認模式網絡的核心節點，參與自我參照和情緒調節。二者之間的功能連接對協調體內感知與認知情緒調控具有重要意義。目前，神經影像學已初步驗證taVNS對島葉、內側前額葉等腦區的影響，但其具體調控機制尚未明確。

基于此，東南大學葛盛課題組提出通過靜息態功能磁共振成像技術，對taVNS調控島葉與MPFC之間功能連接的效應進行系統探索，以期為神經疾病的新型非侵入性治療提供理論依據。

圖1. 文章信息

2024年10月，IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics雜志發表了東南大學生物科學與醫學工程學院葛盛課題組題為《Insula-Medial Prefrontal Cortex Functional Connectivity Modulated by Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation: An fMRI Study》的研究。研究團隊所屬單位包括東南大學、湖南師范大學、長崎大學及南京醫科大學等。

該研究結果顯示，taVNS顯著減弱了島葉與MPFC間的負向功能連接，調控二者功能連接可能反映其對“內感受-認知”協同功能的整合作用，提示其可能通過改善內感受與認知情緒調控之間的平衡發揮治療作用。這一發現可能為taVNS在情緒障礙或自主神經失調中的制提供新見解。

該研究共招募32名健康成年志愿者，隨機分為taVNS組和假刺激組。所有受試者均在刺激前后接受靜息態fMRI掃描，采集大腦結構及功能數據。taVNS組在左耳耳甲區（迷走神經耳支分布區域^[3]）進行30分鐘電刺激，而假刺激組則在耳垂進行無效刺激，以排除非特異性效應。具體實驗范式如圖2所示。

圖2. 實驗范式

數據預處理采用CONN工具箱^[4]進行，包括切片時序校正、運動校正、標準化及空間平滑等步驟，同時通過線性回歸消除頭動及生理噪聲。接下來，研究者選取左/右前島葉（LAI / RAI）及MPFC作為感興趣區域，計算各區域之間的平均BOLD信號相關性，并通過Fisher r-to-z轉換增強統計比較的可靠性。

注：Fisher r - z 變換是一種數學變換方法，它能把原本可能不服從正態分布的皮爾遜相關系數 r，轉換為近似服從正態分布的 z 分數。在統計學分析中，很多方法都要求數據服從正態分布，該變換在涉及相關系數的統計分析里非常重要。例如在研究多個變量之間的相關性時，經過變換后的數據能更準確地進行假設檢驗、構建置信區間等操作。

結果如圖3所示，島葉與MPFC之間的抑制性聯系在兩組刺激前均存在；而在taVNS組中，刺激后這種負向連接顯著減弱，表明taVNS可使兩區域之間的信息傳遞趨于平衡。假刺激組則未觀察到類似變化，提示該調控效應具有特異性。

圖3. taVNS顯著削弱島葉-內側前額葉之間的負向功能連接

此外，種子到全腦體素的功能連接分析進一步探討了taVNS對全腦的影響（見圖4）。以島葉作為種子區域時，刺激后與MPFC及右中顳回等區域的功能連接顯著增強；以MPFC作為種子時，原先與島葉之間的負相關關系在taVNS后消失，同時與默認模式網絡核心區域如后扣帶皮層的正向連接亦有所減弱。這些結果表明，taVNS不僅局部調控了島葉與MPFC之間的直接連接，還可能通過重塑全腦網絡結構來改善內感受信息的傳遞與認知情緒調控的協調性。

圖4. taVNS對島葉-內側前額葉網絡的調控作用

該研究明確證明，經皮耳迷走神經電刺激能夠顯著調控島葉與內側前額葉皮層之間的功能連接，其主要表現為刺激后兩區域間負向連接的減弱。該發現提示，taVNS可能通過促進內感受信號與高級認知情緒處理的協同作用，為改善情緒障礙提供新思路。與此同時，研究還顯示taVNS對默認模式網絡等大范圍腦網絡具有調控作用，為理解taVNS神經調控作用的腦網絡重組機制提供了新視角。“島葉-內側前額葉網絡”有望成為taVNS療效驗證的神經標志物，助力其在臨床應用中的精準干預。

未來研究仍需在更大規模人群及不同參數條件下進一步驗證該效應，并探索其在臨床病理狀態下的具體應用潛力。此項研究為taVNS在神經疾病治療中的應用開辟了新途徑，也為相關領域的深入探索提供了寶貴實驗依據。

參考文獻

[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.

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