美国利哈伊大学研究人员近日构建了迄今首批系统性肠脑轴神经回路数学模型之一，通过数字孪生技术模拟肠道与大脑之间的双向信号传递，为研究肠脑通讯中断相关疾病及加速神经刺激疗法开发提供了新工具。相关成果已发表于《生理学前沿》。
肠脑轴是连接肠道与大脑的双向信号通路，肠道信号帮助大脑监测饥饿和饱腹感等生理状态，大脑信号则影响消化并对压力和情绪等因素做出响应。当这一通讯系统出现中断时，肠脑互动障碍——包括肠易激综合征、胃轻瘫和功能性消化不良——可引发慢性恶心、腹胀和腹痛，显著影响患者生活质量。美国国立卫生研究院估计，全球多达40%的成年人至少经历过其中一种障碍，而现有治疗往往效果有限。
论文共同作者、利哈伊大学化学与生物分子工程学院R. L. McCann讲席教授Mayuresh Kothare表示："肠脑轴是医学界的重大研究领域，但迄今为止，还没有一个清晰定义的数学模型能够定量捕捉这一通讯回路的运作方式。我们的工作是构建数字孪生体的首批系统性方法之一，使研究人员能够模拟这一行为。"
迷走神经是大脑与消化系统之间的主要通讯通路之一，已成为神经刺激疗法的重要靶点。通过向神经传递精确控制的电脉冲，研究人员希望恢复健康的信号传递模式。
论文第一作者Shannon Q. Fernandes博士表示："我们的数字孪生体就像一个虚拟胃，帮助我们理解信号传递中断时发生了什么以及原因。它最终可以帮助研究人员开发更有效的神经刺激疗法。"
在生物电子医学领域，一种潜在的神经刺激治疗方案涉及植入电极，通过向神经传递电流来改变其信号传递。然而，这类研究需要开展大量动物实验和人体试验，既耗费巨大又旷日持久。
Kothare表示："如果拥有一个能够准确代表生物系统的数字孪生体，就可以在进入实验阶段之前对不同策略进行虚拟测试。这类模型帮助研究人员聚焦于最有可能成功的方法，同时减少所需的实验数量。"
研究团队目前正在探索进一步的研究方向，包括开发算法以确定恢复健康信号功能所需的精确电刺激水平，以及探索非手术治疗方法。
Kothare介绍了一种很有前景的无创方案：一种佩戴于耳部的小型设备，可传递电刺激信号，这些信号激活与肠脑轴相连的听觉系统，从而以非侵入性方式治疗胃肠道疾病、改善生活质量。
参考文献：Shannon Q. Fernandes et al, A compartmental model for simulating the gut-brain axis in gastric function regulation, Frontiers in Physiology (2026). DOI: 10.3389/fphys.2026.1727491
编辑：王洪
排版：李丽
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