当阿尔茨海默病使跨半球（CH）细胞退化时，视觉记忆就会受损

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麻省理工学院（MIT）的一项新研究发现，阿尔茨海默病通过破坏新发现的连接脑半球视觉处理中心的回路，破坏了至少一种形式的视觉记忆。

MIT 皮考尔研究所8月19日消息

皮考尔学习与记忆研究所（Picower Institute for Learning and Memory）的一个研究团队发表在《神经元》（Neuron）杂志上的研究结果来自于小鼠实验，但为之前在人类患者身上的观察提供了生理和机制基础：每个脑半球对应区域的脑节律同步减弱的程度与临床失智的严重程度相关。

研究于2022年8月19日发表在《Neuron》（最新影响因子：18.688）杂志上

第一作者 Chinnakkaruppan Adaikkan 说：“我们证明了有一种功能回路可以解释这一现象。”他曾是皮考尔研究所的博士后，现在是位于班加罗尔的印度科学院（IISc）大脑研究中心的助理教授，“在某种程度上，我们揭示了一种以前不为人知的基础生物学过程。”

具体来说，Adaikkan 的工作确定了连接每个脑半球的初级视觉皮层（V1）的神经元，并表明当这些细胞被破坏时，无论是由于模拟阿尔茨海默病的基因改变，还是由于直接的实验室干扰，脑节律的同步性会降低，当一个新的图案出现在小鼠围栏壁上时，它们明显变得不太能注意到。这种对新奇事物的识别需要对前一天在那里的事物的视觉记忆，这种能力在阿尔茨海默病中通常会被破坏。

Picower 教授、麻省理工学院老化大脑计划（Aging Brain Initiative）主任、该研究的资深作者 Li-Huei Tsai 说：“这项研究证明了 γ 节律同步通过跨半球连接在脑半球传播。它还表明，AD 小鼠模型中这一回路的中断与特定的行为缺陷有关。”

跨半球细胞

在这项研究中，Adaikkan, Tsai, Thomas McHugh 和合著者发现并追踪了 V1 神经元，它们的轴突通过胼胝体一直延伸到大脑另一侧的 V1 细胞，胼胝体连接两个脑半球。他们发现，在那里，跨半球（Cross-hemispheric，CH）神经元与目标细胞形成连接或突触，为它们提供“兴奋性”刺激来驱动它们的活动。Adaikkan 还发现，CH 神经元比一般的 V1 神经元或其他与记忆密切相关的区域（如海马体或前额叶皮层）的神经元更容易被新奇的辨别任务激活。

为了探究这在阿尔茨海默病中的不同之处，研究小组观察了两种不同的阿尔茨海默病小鼠模型中细胞的活动。研究发现，CH 细胞活性在疾病中明显减弱。不出所料，患有阿尔茨海默病的小鼠在新颖性辨别任务中的表现要差得多。

研究小组仔细检查了 CH 细胞，发现它们从 V1 和半球处理视觉信息的其他区域的各种其他细胞收集输入信息。当他们将健康的 CH 神经元的传入连接与患阿尔茨海默病的 CH 细胞的传入连接进行比较时，他们发现患病的细胞承载传入连接的基础设施明显更少（以从蔓藤状树突中伸出的突触托管刺来衡量，树突向细胞外蔓延）。

考虑到阿尔茨海默病中脑节律同步性降低和记忆表现的相关性，研究小组想知道这种情况是否也发生在小鼠身上。为了找到答案，他们定制了电极，同时测量每个脑半球 V1 的所有皮层层的节律性活动。他们观察到，当小鼠进行新颖性辨别时，V1s 之间的跨半球同步性显著增加，但在高 “γ” 和低 “θ” 频率节律时，阿尔茨海默病小鼠的同步性明显低于健康小鼠。

Adaikkan 在这一点上的证据是强有力的，但仍然仅仅是暗示，CH 神经元提供了一种方法，通过这种方法，大脑两侧的 V1 区域可以协调，以实现对新奇事物的辨别，而这种能力由于阿尔茨海默病导致 CH 细胞连通性的退化而被削弱。为了更直接地确定 CH 回路是否发挥了这样的因果关系，研究小组直接干预干扰它们，测试有针对性的扰动有什么影响。

他们发现，化学上抑制 CH 细胞破坏了 V1 之间的节律同步，这与阿尔茨海默病模型小鼠的测量结果一致。此外，干扰 CH 活动还会削弱新颖性辨别能力。为了进一步测试细胞的跨半球性质是否特别重要，他们设计了可以通过闪光控制（一种被称为“光遗传学”的技术）的 CH 细胞。当他们把光照射到这些连接上时，他们会在另一个半球伪造来抑制这些连接，他们发现这样做再次损害了视觉识别能力。

皮考尔学习与记忆研究所

总之，研究结果表明 V1 中的 CH 细胞与对半球对应区域的神经元连接，以同步正确识别新奇事物所需的神经活动，但阿尔茨海默病损害了它们完成这项工作的能力。

Adaikkan 说，他现在很想研究其他潜在的跨半球连接，以及它们在阿尔茨海默病中可能受到的影响。他说，他还想研究在其他节奏频率下的同步会发生什么。

创立于1861年的麻省理工学院

参考文献

Source：Picower Institute at MIT

When Alzheimer’s degrades cells that cross hemispheres, visual memory suffers

Reference：

Chinnakkaruppan Adaikkan, Jun Wang, Karim Abdelaal, Steven J. Middleton, P. Lorenzo Bozzelli, Ian R. Wickersham, Thomas J. McHugh, Li-Huei Tsai. Alterations in a cross-hemispheric circuit associates with novelty discrimination deficits in mouse models of neurodegeneration. Neuron, 2022; DOI: 10.1016/j.neuron.2022.07.023

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