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通过在清醒小鼠的局部脑区诱导特定的活动模式，研究人员触发了一种通常仅在睡眠期间发生的神经连接重新校准。这种新方法有效地抵消了持续感知输入的影响，并可能为神经发育障碍（如自闭症谱系障碍（ASD））的治疗提供新思路。该研究发表在《自然-神经科学》杂志上，在清醒小鼠的视觉皮层中，使用光遗传学（表达通道视紫红质-2（ChR2）并植入光纤）诱导了类似于非快速眼动（NREM）睡眠期间的慢波活动（SWA，0.5-4 Hz）。在视觉皮层中诱导SWA导致突触下调和再正常化（即“突触稳态”），这通常只发生在睡眠期间。这种视觉皮层中光遗传学诱导的SWA足以恢复由单眼剥夺（MD）引起的眼优势可塑性。作者建议，通过经颅磁刺激（TMS）或经颅交流电刺激（tACS）在人类中诱导SWA，可能有助于治疗由异常突触连接引起的神经系统疾病。

睡眠与突触稳态

在清醒状态下，神经元会不断受到感觉输入的刺激（例如，视觉刺激、听觉刺激、触觉刺激）。这种持续的感觉输入会导致突触增强（即“长时程增强（LTP）”）。如果突触增强得不到抑制，神经元就会变得饱和，从而损害其编码新信息的能力。睡眠（特别是非快速眼动（NREM）睡眠）通过一个称为“突触稳态”的过程，在全局范围内下调突触权重。

光遗传学

光遗传学是一种技术，通过基因工程将光敏蛋白（如通道视紫红质-2（ChR2））表达在特定细胞类型（如神经元）上。通过植入光纤，可以在时间上精确（毫秒级）地激活或抑制细胞。

主要发现

1. 光遗传学诱导慢波活动（SWA）

在清醒小鼠的视觉皮层中，使用光遗传学（在表达ChR2的小鼠中）在清醒状态下诱导了慢波活动（SWA，0.5-4 Hz）。

2. 突触下调和再正常化

在视觉皮层中诱导SWA导致突触下调和再正常化（通过树突棘密度和AMPA受体（AMPAR）介导的电流评估），这通常只发生在睡眠期间。

3. 眼优势可塑性的恢复

在视觉皮层中诱导SWA足以恢复由单眼剥夺（MD）引起的眼优势可塑性。

临床意义

1. 自闭症谱系障碍（ASD）

在ASD中，树突棘密度过高（“棘增多症”），这可能反映了突触修剪的缺陷。通过经颅磁刺激（TMS）或经颅交流电刺激（tACS）在人类中诱导SWA，可能有助于恢复正常的突触稳态。

2. 卒中后康复

在卒中后，受损的运动皮层区域可能表现出树突棘的丢失。在卒中后，通过TMS或tACS诱导SWA可能有助于促进树突棘的再生。

未来方向

1. 人类研究：在健康人类志愿者中，通过TMS或tACS诱导SWA，并评估其对突触可塑性（通过磁共振成像（MRI）或脑电图（EEG）评估）的影响。

2. ASD小鼠模型：在ASD小鼠模型（CNTNAP2敲除小鼠）中，测试通过TMS或tACS诱导SWA的效果。

3. 慢性刺激：研究通过TMS或tACS进行慢性（每日）刺激的效果。

结论

这项发表在《自然-神经科学》上的研究发现，在清醒小鼠的视觉皮层中诱导慢波活动（SWA）可以触发通常只在睡眠期间发生的突触下调和再正常化。 该方法可能用于治疗由异常突触连接引起的神经发育障碍。