世界孤独症日 | Nature子刊重磅:精准TMS“解锁”孤独症大脑,认知、感知、社交三项改善

你听说过“神经刚性”吗?不是指神经真的变硬,而是指大脑在不同状态之间“切换”的能力变差了——就像一辆卡在单一轨道的火车,难以变道。


发表于《Nature Neuroscience》(IF=20)的一项重磅研究发现:孤独症患者的大脑就存在这种“神经刚性”,而通过一种创新的“脑状态驱动的经颅磁刺激”技术,可以像“精准按摩”一样,让大脑重新“灵活”起来,进而改善多项核心症状!


什么是“神经刚性”?


研究者用功能磁共振构建大脑“能量景观图”——把大脑9大网络的协同活动,画成一张有“峰”有“谷”的地形图。其中,“山谷”代表大脑最稳定的活动模式,“山峰”则是不稳定的过渡状态。大脑在不同山谷之间的“跳跃”,就代表着不同认知状态的切换。


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能量景观分析:将静息态网络信号转化为可量化的脑状态


具体分析结果显示:无论是孤独症患者还是正常发育者,大脑都存在四个相似的稳定状态(即四个能量最低的“山谷”)。研究者将出现频率最高的两个状态定义为主状态,另外两个为次状态。


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两组大脑存在四个相似的稳定状态


然而,孤独症患者从主状态向次状态切换的“能量壁垒”显著更高(下图b),导致他们在两个主要状态之间切换的频率显著降低(下图d),就像被困在一个山谷里很难翻越到另一个山谷,这就是“神经刚性”。


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b.主状态到次状态的能量壁垒高度及转换频率

d.两个主状态之间的间接转换频率(经次状态)


更重要的是,这种刚性越强,患者的认知僵化(下图f)、感知过度稳定(下图g)、非言语沟通障碍(下图h)就越严重。


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神经刚性与三类行为指标的相关性


研究怎么做的?


研究者招募了50名高功能孤独症成人和50名正常发育者。他们开发了一套创新的脑状态驱动神经刺激的系统(Brain-state-driven neural stimulation,BDNS),其工作原理如下图所示:


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这套系统结合了多种技术:

磁共振:用于精确定位刺激靶点,构建个体化的“大脑能量地图”。

脑电图:实时监测大脑状态,识别特定状态的出现时机。

经颅磁刺激:在特定脑状态出现时,对右上顶叶(额顶网络的枢纽节点)施加精准兴奋性脉冲。

这是真正的“精准医疗”——不是在固定时间刺激,而是在大脑“最需要被干预”的那个瞬间出手。


结果令人惊喜:


单次刺激后:患者的认知僵化立即改善(下图b),且与神经刚性减弱直接相关(下图c)


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b.单次BDNS对认知僵化的即时效应  

c.神经变化与行为变化的关联性


每周一次×12周后:

第1周:认知僵化开始改善(下图f)

第7周:感知过度稳定开始改善(下图g)

第9周:非言语沟通能力开始改善(下图h)


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长期BDNS对三种行为的时间进程效应



为什么改善速度不同?


研究发现,神经刚性通过不同“路径”影响不同行为,路径越长,改善需要的时间就越久。

认知僵化是神经刚性的直接体现,所以第1周就开始改善。

感知过度稳定需要更长的路径:神经刚性减轻 → 间接转换增加 → 次要状态2更稳定 → 额顶网络与视觉网络的连接增强 → 感知过度稳定改善(下图i, 图b-c)


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额顶网络-视觉网络耦合与感知过度稳定的因果验证


这个过程需要7周,因为要巩固两个网络之间的连接。研究者用实验验证了这一点:如果直接增强额顶网络-视觉网络的连接,感知改善会提前到第3周!

非言语沟通则需要神经刚性减轻后,稳定另一个“次要脑状态”,再增强额顶网络、默认模式网络与突显网络的三方协同(下图e, 图b-c)


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三网络耦合与非言语沟通的因果验证


研究者进一步设计了针对性刺激方案,加速了后两种行为的改善,验证了这些脑网络连接的因果作用。


这意味着什么?


首次证实:减轻“神经刚性”可以因果性地改变孤独症的多项核心行为


提供框架:将孤独症的微观异常(E/I失衡、连接异常)与宏观症状通过“神经刚性”这一核心特征联系起来


指明方向:未来干预可以以提升大脑动态灵活性为目标,而不仅仅是针对单一脑区或单一症状


局限与展望

目前样本量较小、仅限高功能成人,且需多次刺激才能产生持久效果。但这项研究无疑为孤独症的神经调控治疗开辟了全新路径——让大脑“灵活”起来,或许是解锁孤独症治疗的关键钥匙!  



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参考文献:Watanabe, T., & Yamasue, H. (2025). Noninvasive reduction of neural rigidity alters autistic behaviors in humans. Nature neuroscience, 28(6), 1348–1360. https://doi.org/10.1038/s41593-025-01961-y

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