在丘脑-皮质耦合模型中，多通路协同调节与癫痫状态转换

《Cognitive Neurodynamics》：Multi-pathway synergistic regulation and epileptic state transitions in a thalamocortical coupled model

　　

摘要

癫痫是一种全球范围内普遍存在的且具有致残性的神经系统疾病。现有研究证实，在失神癫痫中，丘脑皮质回路在产生尖波-波形放电（SWDs）方面起主导作用，而脑半球间的耦合机制则调节着癫痫的进展。然而，兴奋性中间神经元（EIN）和丘脑抑制性中间神经元（TIN）在双侧神经网络中的协同调控作用仍不明确。本研究构建了一个包含EIN和TIN亚群的双侧耦合丘脑皮质模型。以锥体（PY）神经元到TIN再到丘脑皮质（TC）的双突触前抑制级联作为研究焦点，我们探讨了EIN介导的兴奋性输入对PY神经元的调控作用，以及TIN对丘脑皮质神经元的抑制作用。同时，我们比较了单次深部脑刺激（DBS）、电磁刺激（EMS）及其联合干预对癫痫样振荡的抑制效果。研究结果表明，PY到TIN再到TC的前向抑制级联信号传输减弱会破坏丘脑的负反馈循环。EIN到PY和TIN到TC通路的协同增强效应具有协同的抗癫痫作用，且单次高频DBS的疗效优于联合治疗策略，且不存在线性叠加效应。本研究阐明了以PY到TIN再到TC回路为中心的多途径调控机制，并为优化癫痫的靶向干预策略提供了理论依据。

癫痫是一种全球范围内普遍存在的且具有致残性的神经系统疾病。现有研究证实，在失神癫痫中，丘脑皮质回路在产生尖波-波形放电（SWDs）方面起主导作用，而脑半球间的耦合机制则调节着癫痫的进展。然而，兴奋性中间神经元（EIN）和丘脑抑制性中间神经元（TIN）在双侧神经网络中的协同调控作用仍不明确。本研究构建了一个包含EIN和TIN亚群的双侧耦合丘脑皮质模型。以锥体（PY）神经元到TIN再到丘脑皮质（TC）的双突触前抑制级联作为研究焦点，我们探讨了EIN介导的兴奋性输入对PY神经元的调控作用，以及TIN对丘脑皮质神经元的抑制作用。同时，我们比较了单次深部脑刺激（DBS）、电磁刺激（EMS）及其联合干预对癫痫样振荡的抑制效果。研究结果表明，PY到TIN再到TC的前向抑制级联信号传输减弱会破坏丘脑的负反馈循环。EIN到PY和TIN到TC通路的协同增强效应具有协同的抗癫痫作用，且单次高频DBS的疗效优于联合治疗策略，且不存在线性叠加效应。本研究阐明了以PY到TIN再到TC回路为中心的多途径调控机制，并为优化癫痫的靶向干预策略提供了理论依据。