【學術前沿】陸巍/周棟焯合作解析大腦紋狀體產生beta異常振盪的神經環路機制_風聞

北京時間2022年7月19日晚23時，東南大學/復旦大學陸巍研究組與上海交通大學周棟焯（Douglas Zhou）研究組合作，於Cell Reports在線發表題為“A striatal SOM-driven ChAT-iMSN loop generates beta oscillations and produces motor deficits”的研究成果，對大腦紋狀體產生beta異常振盪的神經環路機制進行了解析。

帕金森氏病（Parkinson’s disease, PD）患者最主要臨牀症狀表現為各種形式的運動障礙，如運動遲緩、肌肉僵直、靜止性震顫、姿勢和步態不穩等，這與運動皮層-基底神經節-丘腦所構成網絡的神經活動異常有密切關係。這種異常通常表現為該網絡內各腦區神經元放電頻率或模式的改變，在記錄局部場電位時則表現為在beta頻段功率的顯著升高。儘管目前領域仍內有一些不同的聲音，但主流觀點認為該異常升高的beta振盪與某些運動障礙有關聯。近年來的研究提示紋狀體內某些神經元可能參與了異常beta振盪的產生，但具體的局部微環路機制仍不清楚。

黑質來源的多巴胺在紋狀體釋放的減少是PD發生時異常beta振盪產生的重要原因。該研究通過光遺傳技術抑制黑質多巴胺能神經元胞體或其在紋狀體部位的投射末梢，發現在多巴胺功能受抑制時確實能造成紋狀體beta振盪功率的顯著升高。該研究組繼而在體記錄了紋狀體神經元單細胞放電，通過建立“Opto-tag”技術，並結合放電波形的系統分析，成功實現對紋狀體各類神經元的有效區分。值得一提的是，表達D1多巴胺受體的dMSN與表達D2受體的iMSN神經元放電的波形可以較好的區分，這為今後在體狀態下同時觀察這兩類紋狀體主要神經元的活動打下技術基礎。

研究組通過分析beta振盪升高時各類神經元的活動變化，以及這些活動變化的神經元間的直接功能聯繫，發現SOM神經元能夠介導多巴胺功能抑製造成的其它神經元活動異常。進一步分析各類神經元與beta振盪的關聯及相位鎖定關係，最終確定SOM神經元所支配的ChAT與iMSN神經元及其構成的loop對beta振盪產生的重要貢獻（圖1）。

圖1. 黑質多巴胺功能抑制後紋狀體產生beta振盪的環路機制模式及卡通示意圖

該項研究發現光遺傳急性抑制多巴胺功能，就能在紋狀體部位造成beta振盪升高，提示紋狀體本身就具備產生該振盪的“硬件”，然而，PD病理改變及運動障礙是一個涉及可塑性變化的慢性過程，因此，在PD動物模型上進一步研究beta振盪產生及其擴布進程，包括網絡與環路水平可塑性的形成機制，將有助於更全面解析PD發生時beta異常振盪的神經機制。該研究成果也是對以往其它beta振盪源頭學説的重要補充。

東南大學博士研究生錢丹丹、李偉及已畢業碩士研究生吳怡為論文共同第一作者，東南大學信息工程學院的王橋教授對此項工作亦做出重要貢獻。該研究得到國家自然科學基金、科技部國家重點研發計劃的大力支持。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111111

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