调控电振荡改善脑损伤后的神经功能
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【Ref: Pevzner A, et al. Front Syst Neurosci. 2016 Apr 7; 10: 30. doi: 10. 3389/fnsys. 2016. 00030. eCollection 2016.】
针对神经功能障碍，电刺激神经元是有效的治疗手段。创伤性脑损伤（TBI）后经常出现一些慢性的并发症，如认知、行为功能障碍，这一过程往往伴有大脑的电生理振荡改变。在TBI动物模型中，给予低频电刺激有助于改善电生理振荡，促进认知功能的恢复，尤其对海马皮质回路施加theta波的电流刺激，产生电生理振荡可提高空间学习能力。美国California -Davis大学神经外科的Aleksandr Pevzner等对振荡的神经电生理学基础及其在认知功能中发挥的作用和TBI后电生理振荡的改变等问题进行文献复习和综述，文章发表在2016年4月的《Frontiers in Systems Neuroscience》上。
离子在突触、树突、胞体和轴突之间的移动以及脑脊液的导电性能共同引起细胞膜外的电位变化，这种电位变化可由脑电图（EEG）记录下来。同步和重复发生的离子移动即构成电生理振荡。已知人脑中存在多个离散的振荡频带，根据大脑功能状态，分别定义0.05到500Hz的频带。例如，非快速动眼睡眠的早期特征是出现起源于丘脑网状核团（TRN）的纺锤波，每1-3s爆发一次电生理活动，频率为7-14Hz，周期为3-10s。TBI后空间学习能力的下降往往伴有海马电振荡的改变。特别是海马CA1区的theta波（3-12Hz）是由海马神经元细胞产生的特征性慢节律波，同时受多个节律生成器交互作用。
Theta波的重要生理功能体现在：
通过阈值以下的兴奋性电位叠加或整合神经元群体的激发过程，来调控单个神经元的激发；
电振荡有助于神经元活动整合，而后者是信息处理的核心。
图1. 海马隔核theta波电振荡的系统水平整合作用。蓝色箭头代表theta波振荡的生成器和关键调控部位。红色箭头代表与海马隔核theta波电振荡有交互作用的多个结构。
TBI后电振荡可受到扰乱。由于神经元细胞膜稳定性受影响，Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Zn2+等离子平衡发生紊乱，其中细胞外K+、 Ca2+浓度的升高可引起包括谷氨酸盐系统、胆碱能系统、GABA能系统及多巴胺受体系统等多个递质系统功能发生改变和细胞凋亡，最终引起神经回路功能障碍。在啮齿类动物模型中亦可观察到大脑受机械损伤后，theta波振幅显著降低。这种变化可持续存在，并伴有一些神经功能紊乱。在人类患者身上亦可见类似情况，TBI可通过多种途径影响海马theta波产生，使患者出现持续的认知功能障碍。
动物模型研究表明，对海马或其邻近的穹窿、内侧隔核（MSN）结构施以theta波的电刺激可诱导海马产生theta波，对认知功能起改善作用。Theta波电刺激的作用不仅在于改善认知能力，在某些情况下亦可改善运动协调性和感觉信息加工，以及降低癫痫的发生率。Lee等对MSN施加7.7Hz的刺激后，记录到TBI模型中的海马theta波增强，空间学习能力好转。Hentall等观察到，对中缝核施加theta波刺激后，实验动物在水迷宫中的空间记忆能力得以加强。进一步的研究发现，单一脉冲的theta波刺激并非是唯一有效的刺激模式；节律性刺激（TBS），即每秒5个持续50ms的高频（200Hz）脉冲，更接近生理振荡，可取得更好的效果。
作者最后指出，脑深部电刺激（DBS）是改善TBI患者慢性行为缺陷的有效手段。但在临床推广之前，我们必须解决诸多问题，如：间断还是持续地施加电刺激？刺激应该是内源性还是外源性？选择theta波节律脉冲还是单相脉冲？在疾病的哪一阶段对哪一个靶点施加刺激？是否存在一个提示终止或调整治疗参数的临床指标？同时，应该严格筛选适合DBS的患者，避免出现术后认知功能下降、抑郁和自杀等。因此，需要进行大量的动物实验和计算机模型研究来探讨DBS的调节参数及其作用机制。
（哈尔滨医科大学附属第二医院吉航编译，复旦大学附属华山医院花玮博士审校，《神外资讯》主编、复旦大学附属华山医院陈衔城教授终审）
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