【脑科学顶刊导读52期】运动皮层微环路对神经退行性疾病的启发

原创 brainnews创作团队 brainnews

✎ 顶刊导读目录

1，通过损伤和间接结构-功能中断预测脑卒中后缺损

2，听觉惊吓反射的适应性是最低意识状态的一种新标志

3，上行觉醒系统的光遗传学操作可调节皮层宽带gamma频段能量，并能揭示与精神分裂症有关的功能缺陷

4，野生型和脆弱X模型小鼠在NMDAR和mGluR依赖性长期突触抑制过程中树突棘的功能和结构可塑性解离

5，人类运动皮层微环路对神经退行性疾病的启发

1，通过损伤和间接结构-功能中断预测脑卒中后缺损

期刊：Brain

作者：CholeFu

卒中的行为缺损既反映了损伤部位的结构损伤，也反映了由结构、功能和代谢断开引起的广泛的网络功能障碍。最近的两种方法被用来估计结构和功能同临床结构成像的失连接。通过将病人的损伤灶嵌入健康受试者的功能和结构连接图谱，可以通过损伤的结构和功能连接的集合，从而间接估计其对整个大脑连接的影响。这种对网络功能障碍的间接评估比分别用功能MRI和弥散MRI获得的功能连接和结构连接的直接测量更容易获得，并且在理论上可以应用于多种疾病。

为了验证这些方法的临床相关性，我们纳入了132名首次中风患者(平均年龄52.8岁，年龄范围22–77岁;63女性;64右脑)受伤后2周的数据。本研究使用多元岭回归将多个功能域(左右视觉、左右运动、语言、空间注意、空间和言语记忆)的缺陷类型和间接结构或功能中断的模式联系起来。

在一个患者亚组中，我们还通过静息状态功能性MRI测量了功能连接的直接改变。病变类型和间接结构断开分布都可以预测除文字记忆外(0.05 <R2 <0.06)其他域的行为损伤(0.16 < R2 < 0.58)。间接功能断开仅对正确视野缺损(R2 = 0.38)可预测。通过对一组患者的MRI功能连通性的直接测量预测明显优于间接的功能连接断开。

总之，对结构连通性损伤的间接估计与损伤信息的中风后的行为缺陷预测水平相当。然而，对功能断开的间接估计并不能预测行为缺陷，也不能替代直接的功能连接测量，尤其是对认知障碍而言。

https://doi.org/10.1093/brain/awaa156

2，听觉惊吓反射的适应性是最低意识状态的一种新标志

期刊：Brain

作者：CholeFu

对没有交流能力的病人的神经系统检查依赖于几个决定性的项目，用于区分植物人状态(VS)和最低意识状态(UWS)。在过去的10年里，这种区分已经证明了它的诊断价值以及它对意识恢复的重要预后价值。然而，临床医生目前受到三个因素的限制:

(i)当前最低意识状态检查项目的相关行为数据有限，并且在诊断作为金标准的修订版昏迷恢复量表中局限于几个认知领域;

(ii)经脑功能成像证实，临床诊断为VS/UWS的患者中约有15–20%实际处于比VS/UWS更进一步的状态;

(iii)对每个最低意识状态检查项目的神经生理学和认知解释尚不清楚，且存在争议。

在目前的研究中，我们证明了在床边测试的听觉惊吓反射(hASR)的适应性是一种新颖、简单且强大的行为标志，可以准确地区分最小意识状态和VS/UWS。通过结合功能(高密度脑电图和18f-FDG PET成像)和结构(弥散张量成像MRI)证据，我们还提出了一种关于hASR的创新且严谨的神经生理学支持的描述。我们发现hASR的保留与额顶叶网络的功能和结构完整性有关，包括与动作控制和抑制相关的前额叶脑区，以及与最低意识和意识状态相关的中顶叶区域。最后，我们证明hASR能预测患者6个月的意识改善情况。

综上所述，我们的结果表明hASR是一种皮层介导的行为，并可能可以作为最低限度意识状态的一种新的临床标志。

https://doi.org/10.1093/brain/awaa159

3，上行觉醒系统的光遗传学操作可调节皮层宽带gamma频段能量，并能揭示与精神分裂症有关的功能缺陷

期刊：Molecular Psychiatry

作者：Роза

在精神分裂症（schizophrenia, SZ）患者和SZ小鼠模型中，观察到gamma波段（30-80 Hz）范围内的皮层脑电（electroencephalogram, EEG）能量增加，在用精神病药物氯胺酮治疗的人和动物中也可观察到；但导致gamma频段波增加的机制以及对认知和行为的病理生理影响知之甚少。

皮层兴奋-抑制（E/I）平衡的量度：对BF-PV神经元进行强光刺激可增加皮层gamma频段（30-80 Hz）的活性

本研究报道了上行觉醒系统的一种光遗传学操作可双向调节皮层宽带gamma频段能量，从而可以定量测试对皮层加工和行为的影响。包含钙结合蛋白小清蛋白（parvalbumin, PV）的基底前脑（basal forebrain, BF）神经元的低功率光遗传刺激增加了gamma频带自主活动能力，同时损伤了新物体识别的能力。

随之而来的是由一系列听觉刺激或暴露于新物体引起的与任务相关的gamma频段振荡被削弱，这让人联想到对SZ患者研究的发现。相反，BF-PV神经元的光遗传抑制可部分缓解由氯胺酮亚麻醉剂量引起的gamma频段能量增强。这些结果支持皮层gamma频带活动的增加导致认知和行为受损，并验证了BF-PV活动负责调节这一行为的猜想。

因此，BF-PV神经元可能代表药物治疗SZ等疾病的新靶点，且SZ与皮层gamma频带活性的异常增加相关。

https://www.nature.com/articles/s41380-020-0840-3

4，野生型和脆弱X模型小鼠在NMDAR和mGluR依赖性长期突触抑制过程中树突棘的功能和结构可塑性解离

期刊：Molecular Psychiatry

作者：Роза

许多神经发育障碍的特征是功能性突触可塑性受损和树突棘形态异常，但人们对它们之间的关系知之甚少。脆性X（fragile X, FX）Fmr1^-/y小鼠模型的过往研究表明，树突蛋白合成的增加可加重海马CA1区mGluR5依赖性长时程突触抑制（long-term synaptic depression, LTD），而对树突棘结构可塑性的影响有待确定。

在雷帕霉素或环己酰亚胺存在下显示出脆性X结构可塑性表型

本研究使用同步电生理和延时双光子成像技术来检查激活mGluRs或NMDA受体（NMDAR）诱导LTD的状况下，树突棘如何发生结构的改变，以及这种可塑性在Fmr1^-/y小鼠中如何变化。mGluR的激活可引起LTD和AMPA受体内化，但在野生型或Fmr1^-/y小鼠中均无树突棘收缩。相反，在两种基因型中，NMDAR的激活均可导致树突棘收缩以及LTD。

树突棘的收缩是通过NMDAR经非离子型（代谢）信号引发的，在野生型小鼠中，这种结构可塑性需要激活mTORC1和新的蛋白质合成。与之形成鲜明对比的是，NMDA诱导的Fmr1^-/y小鼠的树突棘可塑性不再依赖于mTORC1的急性激活或从头开始蛋白质合成。

这些发现表明，mGluR和代谢型NMDAR活化的结构后果是不同的，并且FX中没有通常通过mTORC1调节蛋白质合成提供的对树突棘结构可塑性的制动。FX中组成性蛋白合成的增加似乎可以改变通过不同谷氨酸受体诱导的功能和结构可塑性。

https://www.nature.com/articles/s41380-020-0821-6

5，人类运动皮层微环路对神经退行性疾病的启发

期刊：nature reviews neuroscience

作者：Sniper

在人的运动皮层中，各类神经细胞分布在5层亚结构中，并互相连接形成了皮层微环路。在这篇综述中，作者在回顾针对特定层以及特定细胞的研究进展的基础上，整合了对微环路的生理功能以及影响运动功能的神经退行性疾病的病理生理学两方面的认识。作者还进一步将运动皮层的微环路生理学变化与疾病的特定阶段、临床表型联系起来。

作者认为基于这些发现，能够预测未来的轴突损伤以及微环路功能紊乱。通过结合近期高分辨神经影像学方面的进展，作者认为研究者能够以在体研究的方式在人类被试中比较这些预测，进而提供研究神经退行性病变机制的新想法。

https://www.nature.com/articles/s41583-020-0315-1

作者信息

校审：Freya（brainnews编辑部）

题图：Singularity Hub

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