用磁脑刺激学得更快

波鸿研究人员正在研究 TMS 刺激模式对特定神经细胞活动的影响

听起来像科幻小说的事情实际上是可能的：外部磁刺激可用于具体影响某些脑神经细胞的活动。 在此过程中大脑中究竟发生了什么以前还不清楚。 波鸿医生在教授的指导下。 Klaus Funke（神经生理学系）现在已经能够证明不同的刺激模式会影响不同的细胞并抑制或增加它们的活性。 某些刺激模式使老鼠更容易学习。

这些发现有助于确保未来可以更有针对性地使用大脑刺激来对抗大脑功能障碍。 研究人员已在《神经科学杂志》和《欧洲神经科学杂志》上发表了他们的研究。

磁脉冲刺激大脑

经颅磁刺激，简称TMS，是一种相对较新的无痛刺激脑神经细胞的方法。该方法由 Anthony Barker 于 1985 年首次提出，其基础是可以使用磁场刺激位于颅骨正下方的皮质。 TMS 用于诊断、基础研究以及作为潜在的治疗工具。在诊断上，单个磁脉冲用于测试大脑皮层区域中神经细胞被激活的能力，以评估疾病的变化或服用药物后或之前对大脑进行人工刺激后的变化。单个磁脉冲也可用于测试皮层特定区域在感觉、运动或认知任务中的参与情况，因为它会短暂扰乱其自然活动，即暂时“关闭”该区域。

重复刺激改变大脑活动

自 1990 世纪 50 年代中期以来，重复性 TMS 已被用于专门改变人类皮质中神经细胞被激活的能力：“一般来说，通过低频刺激，即通过一每秒的磁脉冲。在每秒 50 到 5 个脉冲的较高频率下，细胞的活动会增加，”Funke 教授解释道。研究人员主要关注特殊的刺激模式，例如所谓的θ爆发刺激（TBS）。 XNUMX Hz 突发以 XNUMX Hz 重复。 “这种节律基于 XNUMX 到 XNUMX 赫兹的自然 θ 节律，可以通过脑电图观察到，”Funke 说。效果主要取决于这种刺激模式是连续给予（cTBS，弱化效应）还是间断给予（间歇性，iTBS，强化效应）。

细胞之间的接触点加强或减弱

神经细胞的活动到底是如何通过重复刺激而改变的，目前尚不清楚。据认为，细胞之间的接触点（突触）通过重复刺激而增强（突触增强）或减弱（突触抑制），这一过程在学习中也发挥着重要作用。最近的研究表明，经颅磁刺激和学习对人类的影响是相互作用的。

抑制性皮层细胞对刺激特别敏感

波鸿的研究人员现在首次证明，人工皮层刺激会根据所使用的刺激方案特异性改变某些抑制性神经细胞的活动。兴奋性和抑制性神经细胞的相互作用是大脑健康运作的绝对先决条件。专门从事抑制的神经元比其兴奋伙伴表现出更多种类的形式和活动结构。除此之外，它们在细胞体内产生不同的功能蛋白质。在他的研究中，Funke 教授重点研究了小清蛋白 (PV)、钙结合蛋白-D28k (CB) 和钙视网膜蛋白 (CR) 等蛋白质。它们由各种抑制细胞根据活动形成，因此它们的数量提供了有关相应神经细胞活动的信息。

刺激模式对某些细胞有特定的影响

例如，研究表明，中断激活刺激（iTBS 刺激方案）几乎只会减少 PV 形成，而抑制活动的连续刺激（cTBS 方案）或同样抑制的 1 Hz 刺激则主要减少 CB 的产生。 CR 的形成并没有随着任何测试的刺激方案而改变。神经细胞电活动的记录证实了皮质活动的抑制发生了变化。

刺激后学得更快

在最近发表在《欧洲神经科学杂志》上的第二项研究中，Funke 教授的工作组还表明，在每次训练前接受激活刺激方案 (iTBS) 治疗的老鼠学习速度更快，但在抑制性刺激方案下则不然。使用cTBS协议。事实证明，最初减少的小清蛋白（PV）产量在学习过程中再次增加，但仅限于参与学习过程的大脑区域。在没有参与特定学习任务的动物中，激活刺激后 PV 的产生仍然减少。 Funke 教授总结道：“iTBS 治疗首先会降低某些抑制性神经细胞的活性，从而更容易存储后续的学习活动。” “这个过程称为‘门控’。第二步，学习活动使抑制和 PV 形成再次正常化。”

以后再具体对待

重复 TMS 已经在实验中用于治疗脑功能障碍，特别是严重抑郁症，但取得了有限的成功。研究还表明，抑制性神经细胞的功能障碍在精神分裂症等神经精神疾病中发挥着重要作用。 “从我们的研究结果中得出治疗脑功能障碍的新方法当然还为时过早，但这些发现为未来 TMS 的更具体应用做出了重要贡献，”Funke 教授希望。

封面照片

Benali, A.、Trippe, J.、Weiler, E.、Mix, A.、Petrasch-Parwez, E.、Girzalsky, W.、Eysel, UT、Erdmann, R. 和 Funke, K. (2011) Theta-突发经颅磁刺激年龄皮质抑制。 J. Neurosci.，正在出版。

Mix, A.、Benali, A.、Eysel, UT、Funke, K. (2010) 连续和间歇性经颅磁θ爆发刺激以不同方式改变大鼠的触觉学习表现和皮质蛋白表达。见：Eur. J. Neurosci。 32（9）：1575-86。 doi：10.1111/j.1460-9568.2010.07425.x。电子版 2010 年 18 月 XNUMX 日。

资料来源：波鸿[鲁尔大学]