卡内基梅隆大学的研究人员在《通讯生物学》上发表的一项突破性研究，揭示了时间干涉（TI）刺激这一新型神经刺激技术的神经机制，并探讨了其在治疗脑部疾病中的应用前景和局限性。
能够非侵入性地刺激深层大脑而不影响浅层区域是无创神经刺激的一个关键目标。卡内基梅隆大学的研究团队通过研究发现，TI刺激作为一种特殊的经颅电刺激（TES），可以实现这一目标。这项研究不仅提供了对TI刺激在大脑中细胞特异性效应的新理解，还对其在治疗脑部疾病中的应用产生了深远影响。
研究介绍
经颅电刺激（TES）常用于神经科学研究和临床治疗中，以刺激特定的大脑区域。TI刺激是TES的一种变体，它结合了不同的电信号频率，旨在实现深层刺激而避免浅层大脑的激活。研究表明，在浅层和深层大脑中，PV（parvalbumin）神经元都受到TI刺激的影响。
然而，在浅层大脑中，PV神经元的抑制作用较强，阻止了兴奋性锥体（Pyr）神经元的激活。TI刺激在浅层脑区引起高激活的PV神经元活动，而在深层区域则较低，这可能允许Pyr神经元在深层区域放电。这种现象解释了为什么目标深层脑区的Pyr神经元会被激活，而离目标较远的浅层区域则不会。
研究方法
生物学博士生Sara Caldas Martinez通过测量细胞膜电位对TI刺激的响应，发现当Pyr神经元与神经网络其余部分断开时，它们不再对TI刺激作出反应。这一发现纠正了一个广泛持有的观点，即神经元单独对TI刺激作出反应。研究表明，TI刺激本质上是一个网络现象。
这些发现意义重大，因为对神经机制的理解和控制的改进可以带来更好的治疗方法，如抑郁症、创伤后应激障碍（PTSD）、强迫症（OCD）、成瘾和物质滥用障碍等疾病的治疗。
“认识到TI刺激主要是网络现象而不是单个细胞固有性质的结果，改变了当前的机械理解及其潜在应用。”Martinez说，“这也为新可能性打开了大门，特别是对于减少某些神经系统疾病（如某些形式的自闭症）中的过度兴奋性。”
与其他程序不同，TI刺激是非侵入性的，不需要将电极插入大脑。相反，它使用外部设备向大脑发送电信号。电气与计算机工程教授兼神经科学研究所成员Pulkit Grover指出，虽然侵入性程序历来在治疗疾病方面取得了良好的效果，但通过更广泛应用的非侵入性TI刺激实现类似结果将是可取的。
“你可以做很多有趣的事情，包括可能通过提高聚焦性、选择性和特异性来治疗疾病，并根据患者的需求进行定制。”Grover说，“然而，局限性也很显著。”
该研究指出了TI刺激的局限性和潜在副作用，包括对浅层大脑刺激的高度倾向。
研究意义
这项研究是由Grover和生物学教授兼NI成员Alison Barth之间的跨学科合作完成的。
“无创脑刺激在诱导大脑可塑性方面有很大的潜力，但如果没有对其工作原理的机械理解，很难测试它。”Barth解释道，“这项研究为它的效果建立了神经基础。”
“看到我们可以用这种方法抑制神经活动真的令人兴奋。现在我们可以开始努力测试癫痫、慢性疼痛甚至某些形式的抑郁症等脑部疾病的临床应用。
“深入探究某件事为何有效是很重要的。”Grover补充道，“我了解到我对TI刺激的工作原理和如何使用它是错误的。这项工作揭示了TI刺激的局限性和副作用，但也可能启发解决非侵入性深脑刺激问题的替代方法。”
新闻来源：Communications Biology
论文参考：DOI: 10.1038/s42003-024-06728-y
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