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作者：小欣博士

急性和短期有節律性40 Hz光刺激刺激在減輕阿爾茨海默病（AD）、中風和自閉癥譜系障礙（ASD）小鼠模型的認知損傷方面顯示出了良好的效果。了解其長期影響和機制對于提高其對人類的治療潛力至關重要。

基于此，2024年4月29日南方科技大學生命科學學院神經生物學系侯圣陶研究團隊在bioRxiv雜志發表了“Enhancement of spatial learning by 40 Hz visual stimulation requires parvalbumin interneuron-dependent hippocampal neurogenesis”揭示了40Hz視覺刺激增強空間學習需要PV神經元間依賴的海馬神經發生。

作者發現，長時間暴露于40 Hz的光刺激（每天1小時，連續30天）明顯改善了齒狀回（DG）的空間學習和神經發生，而沒有有害的行為副作用。成年海馬中雙皮質激素陽性細胞（DCXDTR）轉基因缺失的小鼠在40 Hz刺激下未能表現出增強神經發生和空間學習能力。該研究指出：長期暴露于40Hz的光刺激改善了海馬的空間學習和神經發生且無不良反應。40Hz光閃誘發的成體神經發生需要GABA能抑制性PV中間神經元的活動；40 Hz的光閃爍提高了GABA水平，增強了DG中的抑制性傳遞；GABA的增加是成人神經發生的重要神經化學機制。

圖一 長期40 Hz光刺激治療可顯著增強DG空間學習和神經發生

為了評估40 Hz光刺激治療對認知功能的影響，6月齡的小鼠每天暴露于40 Hz光刺激中1小時，持續30天。相同年齡的對照組小鼠被保持在相同的光照和黑暗（12：12小時）的周期條件下，而沒有40 Hz這種干預。從第25天到第30天，作者使用主動位置回避（APA）測試來評估這些小鼠的空間學習表現。在這項任務中，小鼠被放置在一個旋轉的平臺上，并根據它們使用空間視覺線索避免靜止電擊區的能力進行評估。從實驗第2天到第5天，與未經處理的小鼠相比，長期接受40 Hz光刺激處理的小鼠避免電擊區能力有明顯改善。此外，長時間暴露于40 Hz的光刺激既沒有引起焦慮樣行為，也沒有改變這些小鼠的自發運動活動。鑒于增強空間學習和增加海馬神經發生之間的聯系，作者設計了實驗來探究長時間暴露于40 Hz光刺激是否促進成人大腦的神經發生。從第24天到第27天，小鼠每天注射BrdU，然后通過對BrdU和未成熟神經元標記物DCX的免疫染色來評估海馬DG和SVZ中新生神經元的數量。與未經處理的小鼠相比，長期40 Hz光處理小鼠的BrdU+、DCX+和+/DCX+共染色陽性細胞數量明顯增加，而SVZ區域沒有發生變化。這些數據表明，在長期暴露于40 Hz光刺激治療后，DG神經發生和空間學習的增強之間存在潛在的聯系。

圖二 損毀成年小鼠DCX+細胞可消除40 Hz光刺激，增強空間學習

為了研究長期40 Hz光刺激處理增強的空間學習是否需要成年神經發生，作者使用DCXDTR小鼠。通過注射白喉毒素（DT）誘導新生神經元的缺失，從第8天開始，每2天注射一次生理鹽水或DT，持續2周。曠場試驗（OFT）結果表明，DT和40 Hz光刺激沒有引起焦慮樣行為或影響DCXDTR小鼠的自發運動活動。與DCXDTR組相比，DCXDTR+40 Hz組在APA測試中顯著提高了他們避免電擊區的能力。相比之下，DCXDTR + DT+ 40 Hz組和DCXDTR + DT組接受的沖擊次數沒有差異。此外，DT誘導的DCX+未成熟神經元的缺失顯著損害了空間學習能力。這些發現表明，DCX靶向消除成年小鼠的神經發生可以消除40 Hz光刺激處理誘導的空間學習增強。作者使用免疫組化方法評估了BrdU+、DCX+和BrdU+ /DCX+細胞的數量。與DCXDTR組相比，DCXDTR + 40 Hz組DG區BrdU+、DCX+和BrdU+ /DCX+細胞明顯增加。DCXDTR + DT組與DCXDTR組在DG中BrdU+細胞的數量無顯著差異，說明成年小鼠DG中DCX的缺失并不影響神經祖細胞的增殖。此外，與DCXDTR + 40 Hz組相比，DCXDTR + DT + 40 Hz組的BrdU+細胞數量沒有明顯變化，但DG中的DCX+細胞和BrdU+ /DCX+細胞數量顯著減少。因此，DT處理誘導的DCX+細胞缺失消除了40Hz閃爍處理引起的神經發生增強。

圖三 40 Hz光處理后DG PV中間神經元的激活

考慮到PV中間神經元在促進神經發生中的關鍵作用，作者研究了40 Hz光刺激處理是否激活了DG中的PV中間神經元。在轉基因PVCre小鼠DG區注射rAAV-DIOjGCaMP7f病毒。采用光纖記錄檢測PV中間神經元鈣信號。結果表明40 Hz光刺激處理可激活PV中間神經元。接下來作者研究了長時間暴露于40 Hz光刺激處理是否會影響PV中間神經元的電生理特性。延長的40 Hz光刺激并沒有引起PV中間神經元的膜電阻的變化。然而，在這些中間神經元中，流變基電流的下降和放電率的增加發生了變化。這些發現表明延長40 Hz光刺激處理通過降低PV中間神經元的激活閾值和增強其放電能力來影響它們的興奮性。

總結

目前的研究首次對40 Hz光刺激的長期治療進行了全面分析，長時間暴露于40 Hz光刺激可促進成人大腦DG區域的神經發生，并增強空間學習。作者的數據顯示，這些小鼠并沒有表現出壓力和焦慮水平的增加，該技術可作為治療人類神經系統疾病的潛在臨床療法。

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