Mol Psychiatry：年紀(jì)大了記性差怎么辦？科學(xué)家揭示40Hz視聽(tīng)刺激重啟神經(jīng)發(fā)生機(jī)制

衰老會(huì)增加認(rèn)知衰退和神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默病）的風(fēng)險(xiǎn)，常表現(xiàn)為大腦神經(jīng)回路靈活性下降和腦電波中的伽馬振蕩（尤其是40 Hz頻率）紊亂。最近研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)非侵入性的40 Hz視聽(tīng)刺激（AuViS）比如閃爍的光和聲音能在動(dòng)物模型中改善這些異常，有望恢復(fù)認(rèn)知功能。但目前還不完全清楚它是如何起效的。

基于此，2025年12月26日，萊洛伊爾研究所Alejandro F. Schinder研究團(tuán)隊(duì)在Molecular Psychiatry雜志發(fā)表了“Audiovisual gamma stimulation restores hippocampal neurogenesis and neural circuit plasticity in aging mice”揭示了視聽(tīng)伽馬刺激可恢復(fù)衰老小鼠的海馬神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)環(huán)路可塑性。

研究發(fā)現(xiàn)，40 Hz的視聽(tīng)刺激（AuViS）能增強(qiáng)中年小鼠大腦齒狀回的伽馬振蕩并顯著促進(jìn)新神經(jīng)元的生成。對(duì)照組小鼠幾乎不產(chǎn)生新神經(jīng)元，即使有也發(fā)育不良；而AuViS不僅刺激神經(jīng)前體細(xì)胞增殖，還讓它們更傾向于變成神經(jīng)元而非膠質(zhì)細(xì)胞。這些新生神經(jīng)元能長(zhǎng)出復(fù)雜的樹(shù)突和軸突，具備放電能力和突觸活動(dòng)，說(shuō)明已成功融入腦網(wǎng)絡(luò)。這一過(guò)程依賴于TrkB信號(hào)通路，提示神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子參與其中。結(jié)果表明，AuViS有望在衰老大腦中重啟神經(jīng)再生、重塑神經(jīng)環(huán)路，從而改善多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

圖一 40 Hz視聽(tīng)刺激促進(jìn)中年小鼠海馬神經(jīng)發(fā)生與環(huán)路整合

作者利用中年小鼠（8月齡）神經(jīng)發(fā)生仍較敏感的特點(diǎn)，研究AuViS對(duì)大腦齒狀回神經(jīng)環(huán)路可塑性的影響。

首先，他們發(fā)現(xiàn)AuViS能顯著提高齒狀回“亞顆粒區(qū)”（新生神經(jīng)元所在區(qū)域）中即早基因Arc的表達(dá)，表明該區(qū)域的神經(jīng)元被特異性激活。接著，通過(guò)標(biāo)記新生顆粒細(xì)胞，他們觀察到：每天接受4小時(shí)40 Hz AuViS的小鼠，其新生神經(jīng)元的樹(shù)突更長(zhǎng)、分支更多，成熟度明顯高于對(duì)照組。

腦聲常談建立了多個(gè)《動(dòng)物模型構(gòu)建與行為評(píng)估》交流群，群內(nèi)分享各種經(jīng)典和前沿的行為范式，共同交流解決動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中遇到的棘手問(wèn)題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進(jìn)入討論群！

此外，這些神經(jīng)元投射到CA3區(qū)的“苔狀纖維終末”更大，附帶的絲狀偽足也更多，意味著它們能更有效地連接下游興奮性和抑制性神經(jīng)元，形成更成熟的突觸網(wǎng)絡(luò)。

重要的是，當(dāng)使用頻率隨機(jī)（非40 Hz）但強(qiáng)度相同的視聽(tīng)刺激時(shí)，上述效果完全消失，說(shuō)明40 Hz頻率具有特異性。總之，40 Hz AuViS能加速新生神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能成熟，促進(jìn)其整合進(jìn)海馬神經(jīng)環(huán)路，這種作用依賴于特定頻率而非一般感官刺激。

圖二 視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)刺激引起的樹(shù)突重塑

研究發(fā)現(xiàn)，40 Hz的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)刺激單獨(dú)使用時(shí)，都能顯著促進(jìn)中年小鼠新生顆粒細(xì)胞（aGCs）的樹(shù)突發(fā)育，但對(duì)突觸前結(jié)構(gòu)（如苔狀纖維終末和絲狀偽足）沒(méi)有影響。只有將視聽(tīng)刺激聯(lián)合使用，才能同時(shí)增強(qiáng)樹(shù)突和突觸前末梢的成熟，從而更完整地整合新生神經(jīng)元到神經(jīng)環(huán)路中。

此外，這種促進(jìn)作用依賴于40 Hz伽馬頻率：8 Hz或其他頻率無(wú)效且每天僅1小時(shí)的視覺(jué)刺激就足以產(chǎn)生明顯效果。

圖三 視聽(tīng)協(xié)同促進(jìn)新生神經(jīng)元環(huán)路整合

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在從發(fā)育到成年階段的活動(dòng)依賴性神經(jīng)環(huán)路可塑性中起著關(guān)鍵作用。

鑒于40 Hz刺激能夠增強(qiáng)齒狀回的神經(jīng)活動(dòng)，作者推測(cè)AuViS可能通過(guò)TrkB信號(hào)通路促進(jìn)可塑性。為此，利用逆轉(zhuǎn)錄病毒在8月齡小鼠的新生顆粒細(xì)胞（aGCs）中過(guò)表達(dá)Lrig1（一種TrkB神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體的負(fù)調(diào)控因子），對(duì)接受AuViS處理的小鼠進(jìn)行標(biāo)記并在17天后分析這些aGCs。

與先前結(jié)果一致，接受AuViS處理的小鼠其aGCs的樹(shù)突長(zhǎng)度較對(duì)照組增加了約兩倍。值得注意的是，過(guò)表達(dá)Lrig1完全消除了AuViS誘導(dǎo)的樹(shù)突生長(zhǎng)，揭示了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)在細(xì)胞自主水平上對(duì)這一過(guò)程具有關(guān)鍵作用。

圖四 AuViS可增強(qiáng)衰老大腦中的細(xì)胞增殖和神經(jīng)發(fā)生

上述實(shí)驗(yàn)表明，AuViS不僅能促進(jìn)新生顆粒細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成熟和局部環(huán)路整合，還能影響更上游的神經(jīng)干細(xì)胞狀態(tài)及其后代的命運(yùn)決定。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，作者在神經(jīng)發(fā)生已顯著衰退的11月齡小鼠中進(jìn)行了研究。

他們先讓小鼠接受一個(gè)月的AuViS處理，再用BrdU標(biāo)記正在分裂的神經(jīng)前體細(xì)胞并繼續(xù)刺激至標(biāo)記后三周。通過(guò)BrdU與神經(jīng)元標(biāo)志物NeuN、星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物S100β的三重染色分析發(fā)現(xiàn)：若僅在BrdU標(biāo)記前給予AuViS，可顯著增加BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量，但此時(shí)新生細(xì)胞分化為神經(jīng)元或星形膠質(zhì)細(xì)胞的比例未變，說(shuō)明AuViS首先增強(qiáng)了神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖活性；而若在BrdU標(biāo)記后繼續(xù)施加AuViS，則明顯提高了新生細(xì)胞向神經(jīng)元分化的比例，同時(shí)減少了向星形膠質(zhì)細(xì)胞的分化。

這些結(jié)果表明，AuViS對(duì)衰老大腦中的神經(jīng)發(fā)生具有多階段調(diào)控作用：既可擴(kuò)增處于靜息狀態(tài)的神經(jīng)前體細(xì)胞池，又能引導(dǎo)其子代細(xì)胞優(yōu)先走向神經(jīng)元命運(yùn)，并進(jìn)一步支持這些新生神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)育與功能整合。這一系列效應(yīng)共同揭示了40 Hz多感官刺激在對(duì)抗年齡相關(guān)神經(jīng)再生衰退方面的強(qiáng)大潛力。

總結(jié)

鑒于其安全、無(wú)創(chuàng)且易于實(shí)施，伽馬頻段多感官刺激（AuViS）在治療包括癲癇在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中展現(xiàn)出廣闊前景。深入闡明其促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生、增強(qiáng)環(huán)路可塑性和改善認(rèn)知功能的機(jī)制，將為這一新型干預(yù)手段的臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)，有望為當(dāng)前缺乏有效療法的神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供新希望。

文章來(lái)源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03436-9

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提供"簡(jiǎn)器械·精實(shí)驗(yàn)"解決方案。我們突破高精設(shè)備局限，開(kāi)發(fā)手工定制化儀器及配件，通過(guò)科研巧思將基礎(chǔ)工具轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案。產(chǎn)品涵蓋行為學(xué)裝置、操作輔助工具等，使實(shí)驗(yàn)室在保持操作簡(jiǎn)效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)據(jù)采集，助力科研人員以創(chuàng)造性思維發(fā)掘簡(jiǎn)易儀器的潛在科研價(jià)值。