「腦科學頂刊導讀52期」運動皮層微環路對神經退行性疾病的啟發

2021-01-18 腦科學君

頂刊導讀目錄

1，通過損傷和間接結構-功能中斷預測腦卒中後缺損

2，聽覺驚嚇反射的適應性是最低意識狀態的一種新標誌

3，上行覺醒系統的光遺傳學操作可調節皮層寬帶gamma頻段能量，並能揭示與精神分裂症有關的功能缺陷

4，野生型和脆弱X模型小鼠在NMDAR和mGluR依賴性長期突觸抑制過程中樹突棘的功能和結構可塑性解離

5，人類運動皮層微環路對神經退行性疾病的啟發

1，通過損傷和間接結構-功能中斷預測腦卒中後缺損

期刊：Brain

作者：CholeFu

卒中的行為缺損既反映了損傷部位的結構損傷，也反映了由結構、功能和代謝斷開引起的廣泛的網絡功能障礙。最近的兩種方法被用來估計結構和功能同臨床結構成像的失連接。通過將病人的損傷灶嵌入健康受試者的功能和結構連接圖譜，可以通過損傷的結構和功能連接的集合，從而間接估計其對整個大腦連接的影響。這種對網絡功能障礙的間接評估比分別用功能MRI和彌散MRI獲得的功能連接和結構連接的直接測量更容易獲得，並且在理論上可以應用於多種疾病。

為了驗證這些方法的臨床相關性，我們納入了132名首次中風患者(平均年齡52.8歲，年齡範圍22–77歲;63女性;64右腦)受傷後2周的數據。本研究使用多元嶺回歸將多個功能域(左右視覺、左右運動、語言、空間注意、空間和言語記憶)的缺陷類型和間接結構或功能中斷的模式聯繫起來。

在一個患者亞組中，我們還通過靜息狀態功能性MRI測量了功能連接的直接改變。病變類型和間接結構斷開分布都可以預測除文字記憶外(0.05 <R2 <0.06)其他域的行為損傷(0.16<R2 < 0.58)。間接功能斷開僅對正確視野缺損(R2 = 0.38)可預測。通過對一組患者的MRI功能連通性的直接測量預測明顯優於間接的功能連接斷開。

總之，對結構連通性損傷的間接估計與損傷信息的中風後的行為缺陷預測水平相當。然而，對功能斷開的間接估計並不能預測行為缺陷，也不能替代直接的功能連接測量，尤其是對認知障礙而言。

2，聽覺驚嚇反射的適應性是最低意識狀態的一種新標誌

期刊：Brain

作者：CholeFu

對沒有交流能力的病人的神經系統檢查依賴於幾個決定性的項目，用於區分植物人狀態(VS)和最低意識狀態(UWS)。在過去的10年裡，這種區分已經證明了它的診斷價值以及它對意識恢復的重要預後價值。然而，臨床醫生目前受到三個因素的限制:

(i)當前最低意識狀態檢查項目的相關行為數據有限，並且在診斷作為金標準的修訂版昏迷恢復量表中局限於幾個認知領域;

(ii)經腦功能成像證實，臨床診斷為VS/UWS的患者中約有15–20%實際處於比VS/UWS更進一步的狀態;

(iii)對每個最低意識狀態檢查項目的神經生理學和認知解釋尚不清楚，且存在爭議。

在目前的研究中，我們證明了在床邊測試的聽覺驚嚇反射(hASR)的適應性是一種新穎、簡單且強大的行為標誌，可以準確地區分最小意識狀態和VS/UWS。通過結合功能(高密度腦電圖和18f-FDG PET成像)和結構(彌散張量成像MRI)證據，我們還提出了一種關於hASR的創新且嚴謹的神經生理學支持的描述。我們發現hASR的保留與額頂葉網絡的功能和結構完整性有關，包括與動作控制和抑制相關的前額葉腦區，以及與最低意識和意識狀態相關的中頂葉區域。最後，我們證明hASR能預測患者6個月的意識改善情況。

綜上所述，我們的結果表明hASR是一種皮層介導的行為，並可能可以作為最低限度意識狀態的一種新的臨床標誌。

3，上行覺醒系統的光遺傳學操作可調節皮層寬帶gamma頻段能量，並能揭示與精神分裂症有關的功能缺陷

期刊：Molecular Psychiatry

作者：Роза

在精神分裂症（schizophrenia, SZ）患者和SZ小鼠模型中，觀察到gamma波段（30-80 Hz）範圍內的皮層腦電（electroencephalogram, EEG）能量增加，在用精神病藥物氯胺酮治療的人和動物中也可觀察到；但導致gamma頻段波增加的機制以及對認知和行為的病理生理影響知之甚少。

圖註：皮層興奮-抑制（E/I）平衡的量度：對BF-PV神經元進行強光刺激可增加皮層gamma頻段（30-80 Hz）的活性

本研究報導了上行覺醒系統的一種光遺傳學操作可雙向調節皮層寬帶gamma頻段能量，從而可以定量測試對皮層加工和行為的影響。包含鈣結合蛋白小清蛋白（parvalbumin, PV）的基底前腦（basal forebrain, BF）神經元的低功率光遺傳刺激增加了gamma頻帶自主活動能力，同時損傷了新物體識別的能力。

隨之而來的是由一系列聽覺刺激或暴露於新物體引起的與任務相關的gamma頻段振蕩被削弱，這讓人聯想到對SZ患者研究的發現。相反，BF-PV神經元的光遺傳抑制可部分緩解由氯胺酮亞麻醉劑量引起的gamma頻段能量增強。這些結果支持皮層gamma頻帶活動的增加導致認知和行為受損，並驗證了BF-PV活動負責調節這一行為的猜想。

因此，BF-PV神經元可能代表藥物治療SZ等疾病的新靶點，且SZ與皮層gamma頻帶活性的異常增加相關。

4，野生型和脆弱X模型小鼠在NMDAR和mGluR依賴性長期突觸抑制過程中樹突棘的功能和結構可塑性解離

期刊：Molecular Psychiatry

作者：Роза

許多神經發育障礙的特徵是功能性突觸可塑性受損和樹突棘形態異常，但人們對它們之間的關係知之甚少。脆性X（fragile X, FX）Fmr1-/y小鼠模型的過往研究表明，樹突蛋白合成的增加可加重海馬CA1區mGluR5依賴性長時程突觸抑制（long-term synaptic depression, LTD），而對樹突棘結構可塑性的影響有待確定。

圖註：在雷帕黴素或環己醯亞胺存在下顯示出脆性X結構可塑性表型

本研究使用同步電生理和延時雙光子成像技術來檢查激活mGluRs或NMDA受體（NMDAR）誘導LTD的狀況下，樹突棘如何發生結構的改變，以及這種可塑性在Fmr1-/y小鼠中如何變化。mGluR的激活可引起LTD和AMPA受體內化，但在野生型或Fmr1-/y小鼠中均無樹突棘收縮。相反，在兩種基因型中，NMDAR的激活均可導致樹突棘收縮以及LTD。

樹突棘的收縮是通過NMDAR經非離子型（代謝）信號引發的，在野生型小鼠中，這種結構可塑性需要激活mTORC1和新的蛋白質合成。與之形成鮮明對比的是，NMDA誘導的Fmr1-/y小鼠的樹突棘可塑性不再依賴於mTORC1的急性激活或從頭開始蛋白質合成。

這些發現表明，mGluR和代謝型NMDAR活化的結構後果是不同的，並且FX中沒有通常通過mTORC1調節蛋白質合成提供的對樹突棘結構可塑性的制動。FX中組成性蛋白合成的增加似乎可以改變通過不同穀氨酸受體誘導的功能和結構可塑性。

5，人類運動皮層微環路對神經退行性疾病的啟發

期刊：nature reviews neuroscience

作者：Sniper

在人的運動皮層中，各類神經細胞分布在5層亞結構中，並互相連接形成了皮層微環路。在這篇綜述中，作者在回顧針對特定層以及特定細胞的研究進展的基礎上，整合了對微環路的生理功能以及影響運動功能的神經退行性疾病的病理生理學兩方面的認識。作者還進一步將運動皮層的微環路生理學變化與疾病的特定階段、臨床表型聯繫起來。

作者認為基於這些發現，能夠預測未來的軸突損傷以及微環路功能紊亂。通過結合近期高分辨神經影像學方面的進展，作者認為研究者能夠以在體研究的方式在人類被試中比較這些預測，進而提供研究神經退行性病變機制的新想法。

校審：Freya（brainnews編輯部）

前文閱讀

1，假肢能被感知成手嗎？假肢使用者的大腦解碼｜腦科學頂刊導讀51期

2，非人靈長類動物可以表達他人的想法嗎？腦科學頂刊導讀 50期

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