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阿尔茨海默病（AD）治疗备受关注，本文研究发现，40 Hz 感官刺激（“闪烁”）能增强 AD 小鼠海马区 CA3-CA1 协调性，增加前瞻性编码，揭示其改善记忆的潜在机制，为 AD 治疗研究提供新方向，值得关注。
研究背景
阿尔茨海默病（AD）作为最常见的痴呆类型，其发病早期就出现异常神经活动，这在分子病理和认知障碍中起着关键作用。γ 振荡（30 - 100Hz 的电振荡）因能协调神经活动支持认知，且在 AD 患者、AD 病理小鼠模型及 AD 遗传风险模型中发生改变，成为研究热点。通过刺激 γ 振荡来减轻 AD 相关病理、改善认知的研究不断涌现，其中 40Hz 感官刺激（“闪烁”）备受瞩目。已有研究表明，40Hz 闪烁可降低淀粉样 β（一种被认为引发 AD 神经毒性级联反应的肽）水平，还能招募小胶质细胞吞噬淀粉样物质，改善小鼠空间和工作记忆任务表现 。然而，40Hz 闪烁对记忆过程中神经活动的作用机制尚不明确，这限制了其作为研究和临床工具的发展。
海马体在空间和情景学习记忆中至关重要，且在 AD 早期就受到影响。其中，γ 活动通过协调神经元在短时间尺度上同步放电，支持脑区之间的通信和信息传递。CA3 和 CA1 是海马体的重要亚区，它们之间在慢 γ 振荡频率（30 - 50Hz 或 25 - 55Hz）的耦合增强，有助于海马体内的通信，促进编码和记忆检索。此外，CA3 能生成代表过去、现在和未来经历的活动序列，这些序列向 CA1 的传播对记忆过程至关重要。在 theta 振荡（4 - 10Hz，动物奔跑时出现）期间，海马体中的位置细胞（place cells）会在动物处于特定空间位置时放电，形成代表空间轨迹的 theta 序列，携带动物当前、近期未来和过去位置的信息。同时，在尖波涟漪（sharp-wave ripples，SWRs，150 - 250Hz，在行为暂停和睡眠时出现，对学习和记忆至关重要）期间，海马体群体活动爆发，也存在前瞻性编码，且 SWRs 期间慢 γ 功率增加与这些序列的高保真重新激活相关。但在 AD 模型中，SWRs、SWRs 期间的慢 γ 以及相关的尖峰活动存在缺陷，可能导致认知障碍。基于以上背景，研究 40Hz 闪烁对海马体神经活动的影响具有重要意义。
实验设计
研究人员选用 6 - 7 月龄的雄性 5XFAD 小鼠进行实验，该年龄段的 5XFAD 小鼠已出现淀粉样病理和记忆障碍，且此前研究表明 γ 感官刺激对该年龄段小鼠空间记忆有改善作用。实验中，小鼠需在头部固定于球形跑步机的状态下，在连续环形虚拟现实（VR）环境中进行目标导向的空间导航任务，通过舔特定区域获取甜炼乳奖励。
实验设置了 40Hz 闪烁组和随机闪烁（Random，作为对照）组。在行为训练后，对小鼠进行 8 天的视听刺激，其中前 7 天进行刺激但不记录数据，随后 2 天记录数据。在实验第 0 天，小鼠仅进行 VR 任务，不接受闪烁刺激；在实验第 1、9、10 天，小鼠在进行 VR 任务的同时接受闪烁刺激，且在不同时段分别记录其神经活动。实验使用多通道高密度硅电极同时记录小鼠背侧海马区 CA1 和 CA3 的神经活动，包括 1953 个神经元的放电活动和局部场电位（LFP）。
实验结果
- 40Hz 闪烁增加 CA3 - CA1 功能耦合：研究人员通过测量 CA3 神经元放电时间与 CA1 局部场电位（LFP）相位之间的耦合（采用成对相位一致性（PPC）进行量化），来评估 CA3 - CA1 的协调性。结果发现，在闪烁刺激期间，40Hz 闪烁组与随机闪烁组在 CA3 锥体神经元和中间神经元的 PPC 上无显著差异；但在 VR 行为期间，40Hz 闪烁组的 CA3 锥体神经元 - CA1 慢 γ PPC 平均增加了 184%，CA3 中间神经元 - CA1 慢 γ PPC 平均增加了 130%，且 40Hz 闪烁组的 CA3 - CA1 LFP 相位同步性在慢 γ 频段增强。进一步分析不同频率带的 PPC 发现，40Hz 闪烁对 theta（6 - 10Hz）和中 γ（60 - 100Hz）频段的 CA3 - CA1 PPC 无显著影响，表明 40Hz 闪烁能特异性地增加慢 γ 频段的 CA3 - CA1 耦合，促进区域间通信。
- 40Hz 闪烁增加 theta 序列期间的前瞻性编码：由于 40Hz 闪烁增强了 CA3 - CA1 功能耦合，研究人员推测其可能增强依赖 CA3 的海马编码。在 theta 振荡期间，研究人员通过解码 CA3 和 CA1 位置细胞的放电活动，分析 theta 序列。虽然 40Hz 闪烁组和随机闪烁组的整体 theta 序列强度相似，但 40Hz 闪烁组的前瞻性编码比率显著更高，即在 theta 振荡期间，40Hz 闪烁组更多地编码未来位置信息。这种差异在接近和进入奖励区域时尤为明显，且不受跑步速度和位置细胞表征差异的影响，说明 40Hz 闪烁增加了 theta 序列中关于未来位置的信息。
- 40Hz 闪烁增加 SWRs 期间的前瞻性编码：SWRs 对空间记忆至关重要且在 AD 模型中受损，研究人员探究 40Hz 闪烁对 SWRs 的影响。通过对 SWR 事件中位置信息的解码和计算前瞻性编码比率，发现 40Hz 闪烁组的 SWRs 具有更高的前瞻性编码比率，即更多地代表动物前方的位置，且该组中优先编码未来位置的 SWRs 比例比随机闪烁组平均高 57%。同时，40Hz 闪烁对 SWRs 的持续时间、丰度、大小以及位置细胞对的激活和共激活等属性无显著影响，表明 40Hz 闪烁能增加 SWRs 期间的前瞻性编码，而不依赖于 SWRs 基本属性的改变。
- theta 序列期间的前瞻性编码在高效任务行为中增加：研究人员评估前瞻性编码与任务表现的关系，发现无论是 40Hz 闪烁组还是随机闪烁组，在快速试验中，前瞻性编码均显著高于慢速试验，且这种差异在奖励区域后的区域尤为明显。此外，40Hz 闪烁组中，前瞻性编码比率在预期舔舐次数更多的试验中更高。在比较正确试验和未参与试验（小鼠未在奖励区域舔舐）时发现，未参与试验虽速度更快，但前瞻性编码比率更低，说明更高的前瞻性编码并非仅仅由快速跑步速度导致。同时，40Hz 闪烁组中许多试验包含对下一个目标位置（未占用奖励区域）的编码，且慢速试验比快速试验更可能包含这种编码，而 SWRs 中约一半也包含对未占用奖励位置的编码，但这些试验的行为表现无显著差异。综上，40Hz 闪烁增加了前瞻性编码，且更高的前瞻性编码与高效、积极参与的任务表现相关。
研究讨论
本研究表明，8 天的 40Hz 闪烁暴露可增加海马体 CA3 - CA1 在导航过程中的功能耦合，且这种耦合增强发生在慢 γ 频段。40Hz 闪烁可能通过招募电路中的内在共振特性，或激活可塑性机制（如丝裂原活化蛋白激酶通路在 60 分钟闪烁暴露后上调）来增强 CA3 - CA1 耦合，但在 AD 模型中是否存在类似可塑性机制仍需进一步研究。
CA3 - CA1 协调对海马体功能至关重要，40Hz 闪烁增加了 theta 序列和 SWRs 期间的前瞻性编码，这可能是由于 CA3 对 CA1 的影响增强或 CA3 内序列生成增强所致。同时，多种 γ 感官刺激的效应，如降低淀粉样 β 水平、改变小胶质细胞和细胞因子、减轻突触和神经元损失、增加淋巴清除等，可能共同促进了 40Hz 闪烁诱导的 CA3 - CA1 耦合和前瞻性编码的增加。
前瞻性编码与行为表现密切相关，40Hz 闪烁后，更高的前瞻性编码与更高效的任务表现、更多的预期舔舐行为相关，且不受快速跑步速度的单一影响。此外，40Hz 闪烁增加了 SWRs 中代表前瞻性信息的比例，且不依赖于 SWRs 丰度等属性的改变，这与先前在 APOE4 敲入小鼠中的研究结果一致，表明 40Hz 闪烁和去除 APOE4 均可改善 SWR 活动质量，但不影响其丰度。
本研究采用简单的实验范式，使 5XFAD 小鼠能较好地学习执行任务，且保证不同组小鼠行为表现相似，从而直接比较神经活动差异，聚焦于海马体 CA3 和 CA1 亚区进行研究。研究结果揭示了 40Hz 闪烁对海马体记忆相关神经活动的影响，为理解其改善认知的机制提供了重要线索。然而，本研究未排除闪烁对皮层神经元动力学的影响，且需进一步因果性验证这些变化是否确实导致记忆改善。基于现有结果，研究人员推测刺激期间及刺激后 CA3 对 CA1 的输入对 40Hz 闪烁影响前瞻性编码和记忆至关重要，这与先前研究中感官闪烁增加 CA3 到 CA1 的长时程增强（LTP）的结果相符。
综上所述，40Hz 视听闪烁可改善海马体回路中与内源性记忆相关的神经活动，增加 CA3 - CA1 协调，增强 theta 和 SWRs 期间的前瞻性编码，为深入理解 40Hz 闪烁改善认知的神经机制提供了关键见解，也为 AD 治疗研究提供了新的方向和潜在靶点。
