令人驚訝的是，大腦中40Hz“伽瑪”節(jié)律的增強(qiáng)會(huì)影響小鼠模型中的阿爾茨海默氏病的病理和癥狀的范圍之廣令人驚訝，即使是率先提出這一想法的MIT神經(jīng)科學(xué)家也是如此。令人驚訝的是，事實(shí)上，他們還無(wú)法解釋為什么會(huì)這樣。

在三篇論文中，包括今年在《細(xì)胞與神經(jīng)元》雜志上發(fā)表的兩篇論文，他們證明了將小鼠暴露于40Hz的光線閃爍或聲音嗡嗡聲中，這種被稱為“ GENUS”的使用感覺(jué)刺激進(jìn)行伽馬引誘的方法可以增強(qiáng)大腦的節(jié)奏和變化多種腦細(xì)胞類型的基因表達(dá)和活性。病理性淀粉樣蛋白和tau蛋白堆積減少，與未接受GENUS的疾病模型小鼠相比，神經(jīng)元及其電路連接免受變性和學(xué)習(xí)記憶力的保護(hù)明顯更好。

在《神經(jīng)科學(xué)趨勢(shì)》上的一篇新評(píng)論文章中，領(lǐng)導(dǎo)這些努力的兩名研究人員列出了為確定廣泛影響如何發(fā)生必須了解的少數(shù)已知和未知數(shù)。他們津津樂(lè)道，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇鸢讣瓤梢源蚱菩碌目茖W(xué)基礎(chǔ)，又可以幫助他們改善GENUS如何成為人們的一種治療或預(yù)??防方法。

雖然我們知道它會(huì)影響小鼠的病理，但我們想了解如何，因?yàn)檫@將幫助我們了解和完善潛在的治療方法。

首席作者Chinnakkaruppan Adaikkan，高級(jí)作者蔡力輝，皮克爾神經(jīng)科學(xué)教授，皮克爾學(xué)習(xí)與記憶研究所所長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室博士后

自博士研究以來(lái)，Adaikkan一直對(duì)了解神經(jīng)活動(dòng)如何產(chǎn)生腦節(jié)律感興趣。在麻省理工學(xué)院，他將這種熱情引導(dǎo)到理解感官刺激如何能夠帶動(dòng)振蕩。

Adaikkan說(shuō)：“這就是促使我每天去實(shí)驗(yàn)室研究這些機(jī)制的原因。” “當(dāng)我們從第一只老鼠那里獲得了從視覺(jué)皮層，海馬和前額葉皮層記錄的數(shù)據(jù)時(shí)，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)視覺(jué)刺激夾帶在這些大腦區(qū)域。這非常令人興奮，但是我們還有很長(zhǎng)的路要走去了解這是怎么發(fā)生的。”

新論文提出了這個(gè)問(wèn)題以及該領(lǐng)域的許多其他問(wèn)題。大腦對(duì)GENUS的反應(yīng)是什么細(xì)胞?伽瑪節(jié)律如何與非神經(jīng)元細(xì)胞(如星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞)結(jié)合?它如何傳播到負(fù)責(zé)感知的大腦區(qū)域之外?增強(qiáng)伽瑪可以在多大程度上影響認(rèn)知?長(zhǎng)期刺激會(huì)影響大腦電路連接及其變化嗎?

單元角色

對(duì)神經(jīng)元群如何參與電活動(dòng)的相干振蕩的研究產(chǎn)生了兩種解釋伽瑪節(jié)律的模型。Adaikkan和Tsai寫(xiě)道，兩者都涉及興奮性神經(jīng)元和抑制??性神經(jīng)元之間的相互作用，但在導(dǎo)致相互作用的類型上有所不同。在其工作中，Adaikkan試圖剖析GENUS中特定神經(jīng)元類型的作用，以及這些模式與其他伽馬源(如認(rèn)知任務(wù)所調(diào)用的伽馬)的鏡像程度如何。

GENUS影響比神經(jīng)元更多。蔡的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)根據(jù)所涉及的阿爾茨海默氏癥模型改變其基因表達(dá)，其物理形式，其蛋白質(zhì)消耗行為以及其炎癥反應(yīng)。另一個(gè)研究小組的研究表明，阻斷星形膠質(zhì)細(xì)胞中小泡的釋放可能會(huì)阻礙小鼠的伽馬能，Tsai的研究小組發(fā)現(xiàn)，聽(tīng)覺(jué)GENUS募集了更多的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，它們更傾向于消耗病理性蛋白質(zhì)。

這篇新論文提供了三個(gè)關(guān)于這種“神經(jīng)膠質(zhì)”細(xì)胞如何參與的假設(shè)：它們可能通過(guò)調(diào)節(jié)帶電荷的離子流直接對(duì)伽馬夾帶做出貢獻(xiàn)。即使它們對(duì)節(jié)律沒(méi)有幫助，其離子敏感性仍可能使它們對(duì)伽瑪變化做出反應(yīng);相反，它們可能會(huì)受到伽瑪導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)水平變化的影響。

而且，由于不同的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞靠近稱為突觸的神經(jīng)元之間的電耦合，或者由于它們的活動(dòng)如何由神經(jīng)活動(dòng)控制，也可能參與其中。

更廣闊的大腦

GENUS延伸到海馬，這是記憶的關(guān)鍵，而前額葉皮層，這是認(rèn)知的關(guān)鍵，很可能是其保持大腦功能的一個(gè)因素。但是，對(duì)于增加的伽瑪如何促進(jìn)多區(qū)域通??信，還是存在競(jìng)爭(zhēng)模型。作者寫(xiě)道，在一個(gè)頻率中，相干性可以優(yōu)化交流，而在另一種模式中，一個(gè)區(qū)域的伽瑪活動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)下游區(qū)域的活動(dòng)。他們認(rèn)為，直接操縱區(qū)域間回路的新實(shí)驗(yàn)可以幫助解決哪個(gè)模型更好地解釋了伽馬夾帶的影響。

最后，GENUS對(duì)腦功能和行為的影響也沒(méi)有得到充分的解釋。取決于刺激方法，蔡氏實(shí)驗(yàn)室已顯示出對(duì)空間記憶的顯著影響以及對(duì)其他形式的記憶的某些影響。其他研究表明，通過(guò)其他方式(例如通過(guò)小鼠的遺傳或光遺傳學(xué)操作或通過(guò)人類的經(jīng)顱刺激)刺激腦節(jié)律也可以改善諸如工作記憶的功能。Adaikkan希望縮小這些研究與Tsai實(shí)驗(yàn)室的工作之間的差距：大多數(shù)研究都測(cè)量刺激過(guò)程中的認(rèn)知表現(xiàn)，而Tsai實(shí)驗(yàn)室在重復(fù)刺激結(jié)束后才這樣做。他說(shuō)，他還想測(cè)試GENUS進(jìn)行中的小鼠的表現(xiàn)。

蔡說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)室很高興能夠解決這些許多假設(shè)，并看到該領(lǐng)域如何解決更多問(wèn)題。” “ GENUS為神經(jīng)科學(xué)提出了許多有趣的新問(wèn)題。”