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王立平研究团队精确解析癫痫波的“活动连接图谱”
发布日期:2016-04-01    浏览次数:659

国际学术期刊Nature Communications 近日在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、中国科学院深圳先进技术研究院-MIT麦戈文联合脑认知与脑疾病研究所王立平研究团队的最新研究成果:Optogenetic dissection of ictal propagation in the hippocampal-entorhinal cortex structures(DOI:10.1038/ncomms10962)。该研究首次采用基于光遗传学的同步光刺激和多脑区电记录技术,在动物活体水平实现了对颞叶癫痫传递方向的精确解析和癫痫发作的有效控制。这一癫痫波的“活动连接图谱”特征的解析,有望为颞叶癫痫的治疗提供重要的理论依据。

癫痫是由于“神经元异常同步化放电”导致的、最常见的大脑功能性疾病之一,影响着全球约1%人口的生活质量。根据2013年国际著名医学期刊Lancet上发表的一项针对约7万名癫痫患者平均长达9年的随访研究显示,癫痫患者的“过早死亡率”是正常人群的11倍。多年来,关于癫痫的“起源”问题和癫痫波的“活动连接图谱——神经元异常放电的传递方向”问题是癫痫研究领域一直备受关注的经典核心问题。有关癫痫波在大脑中如何传播、大脑异常放电的“传递方向”是怎样的,一直没有确切定论,这也成为导致临床上针对癫痫的精准治疗难以实现的主要原因。之前人们的研究工作主要是基于离体脑片水平的电生理学研究,而这种方法可能会因为切断脑区间的重要投射而导致获得的结论有极大的局限。相比之下,如果能够在癫痫发作过程中,在活体情况下明确癫痫波在大脑中是如何传播的,就可以针对其传播方向实施更加精准的干预和治疗。

为实现尽可能长时间的记录到大脑内稳定的神经元放电信息,解析病理情况下癫痫波的活动连接图谱特征,王立平团队在过去几年里结合光遗传技术、电化学修饰加工技术、神经电生理技术等,自行开发了“动物用活体状态下同步光刺激多脑区多通道电记录系统”。在此研究中,首次在活动物活体水平精确解析了颞叶癫痫神经细胞异常放电的特征以及癫痫波在大脑内的传递方向。不同于传统的人们认为的“内嗅皮层—海马—内嗅皮层”环路,该研究提示了颞叶癫痫的主要传递方向为“海马—内嗅皮层”(DGH—MEC)。此外,此研究的另一重要发现是选择性地兴奋大脑海马区中间神经元能直接阻断颞叶癫痫的传递并非常显著而有效地控制小鼠的癫痫发作,证实了海马中间神经元是癫痫疾病的重要干预和治疗靶点,为高时空单细胞种类精准的控制癫痫发作提供了有力的实验依据。

这项工作的共同第一作者为鲁艺和钟成。该研究得到国家自然杰出青年基金(81425010)、中科院战略先导专项(2012CB825503)和中科院科研仪器研制项目(2010019)等的资助。

 

图:颞叶癫痫的传播方向解析和抑制。(A)癫痫波在小鼠海马和内嗅皮层脑区间的传递方向;(B)选择性兴奋海马中间神经元能显著抑制癫痫的传递。