三叉神经直流电刺激动态调节大鼠中缝核-海马网络theta节律同步性的机制研究

《Brain Stimulation》：Trigeminal Nerve Direct Current Stimulation Modulates Raphe–Hippocampal Network Synchrony in Rats

本研究针对三叉神经刺激（TN-DCS）如何调节参与认知的皮层下回路这一关键问题，通过同步记录中缝核（DRN/MnRN）与海马神经元活动，首次系统阐明TN-DCS通过振幅依赖性机制动态调节中缝核-海马网络放电活动及theta波段同步性，该过程依赖完整的三叉神经传入和5-HT1A/7信号通路，为靶向调控认知情感相关皮层下回路提供了新策略。

　　

当我们思考如何提升记忆力或改善情绪时，很少会想到面部最大的神经——三叉神经。然而近年研究发现，这条负责面部感觉的神经，竟能像一把“钥匙”打开大脑认知功能的大门。非侵入性的经颅直流电刺激（tDCS）被认为可能通过间接刺激三叉神经等颅神经发挥作用，这引发了科学界对直接电刺激三叉神经（TN-DCS）如何影响大脑活动的浓厚兴趣。特别是海马体——这个形似海马、深藏在大脑颞叶的结构，作为学习记忆的关键中枢，其功能异常与阿尔茨海默病、抑郁症等多种神经精神疾病密切相关。

海马体最典型的特征之一是其theta振荡（4-8 Hz），这种节律性电活动被认为是信息编码和传递的“时空编码器”。而中缝核——大脑中血清素能神经元的主要来源，通过密集的投射网络与海马体形成紧密连接，构成调控认知情感的重要神经回路。以往研究表明，中缝核神经元的活动与海马theta节律存在神秘的同步现象，但这种同步性如何被外界干预所调节，特别是新兴的TN-DCS技术能否靶向调控这一关键神经网络，仍是未解之谜。

为了揭开这一谜团，来自比利时鲁汶大学的研究团队在《Brain Stimulation》上发表了创新性研究。他们在大鼠模型中系统探究了TN-DCS对中缝核-海马网络同步性的调控作用，首次揭示了刺激参数与神经响应的精确量化关系，为理解非侵入性神经调控的作用机制提供了重要证据。

研究团队运用了多项关键技术：在14只成年雄性Sprague-Dawley大鼠中，通过立体定位技术将硅探头精确植入背侧中缝核（DRN）、正中中缝核（MnRN）和海马体，实现多脑区同步电生理记录；采用32通道电极记录单神经元活动，通过波形特征和放电模式区分 putative serotonergic（p-SERT，推定血清素能）和 putative non-serotonergic（p-non-SERT，推定非血清素能）神经元；施加不同强度和极性（±0.25至±3 mA）的TN-DCS，分析刺激前后神经元放电率、 spike-field coherence（SFC，锋电位-场电位相干性）和 spike-triggered average（STA，锋电位触发平均）的变化；通过局部三叉神经阻断（利多卡因）和中缝核内注射5-HT_1A/7受体激动剂（8-OH-DPAT）验证通路特异性。

振幅依赖性调制DRN、MnRN和海马体的放电频率

研究发现TN-DCS以振幅依赖性的方式显著调节了DRN、MnRN和海马体的神经元放电。这种调制具有明显的细胞类型特异性：p-non-SERT神经元表现出强烈的振幅依赖性放电增加，而p-SERT神经元则未显示一致的率变化。在线性混合效应模型（LME）分析中，p-non-SERT神经元的振幅主效应显著（F_1,3584= 18.821，p < 0.001），而p-SERT神经元的所有测试变量均不显著。在高强度刺激（±3 mA）下，p-non-SERT神经元中90个显示正向调制，而p-SERT神经元仅6个显示正向调制，表明TN-DCS的兴奋效应主要由非血清素能神经元介导。

TN-DCS对DRN和MnRN中p-SERT神经元的爆发样活动无影响

值得注意的是，TN-DCS并未显著增强p-SERT神经元的爆发样放电。在所有振幅汇总分析中，被分类为爆发样的p-SERT神经元比例从刺激前的17.3%略微降低至刺激期间的9.2%，但这一趋势未达到统计学显著性（p = 0.057）。单个振幅水平分析也显示，爆发样比例保持低位且稳定，无显著变化。这表明TN-DCS对中缝核血清素能神经元的作用主要通过调节 tonic（紧张性）放电实现，而非诱导爆发模式。

三叉神经激活和MnRN血清素能活动对TN-DCS诱导的调制是必需的

药理干预实验证实，TN-DCS效应依赖于完整的三叉神经传入和血清素能信号通路。局部三叉神经阻断（利多卡因）或MnRN内5-HT_1A/7激动剂（8-OH-DPAT）处理，均显著减弱或逆转了TN-DCS诱导的MnRN和海马体放电率增加。LME分析显示条件主效应显著（MnRN：F_2,185= 13.011，p < 0.001；海马体：F_2,111= 9.562，p < 0.001）。这一结果明确表明，TN-DCS的神经调制作用需要外周三叉神经输入和中枢血清素能系统的共同参与。

TN-DCS调制DRN-海马体相干性

在神经网络水平，TN-DCS显著增强了非血清素能DRN神经元与海马局部场电位（LFP）之间的theta波段同步性。SFC和STA分析显示，刺激期间theta波段（4-8 Hz）的相干性显著增加，且这种增强呈振幅依赖性。LME模型确认振幅对SFC（F_1,1176= 17.315，p < 0.001）和STA（F_1,1184= 11.865，p < 0.001）均有显著主效应。在-3 mA刺激下，64%的非血清素能单元显示SFC正向调制，71%显示STA正向调制，表明TN-DCS有效增强了中缝核-海马网络的节律性同步。

TN-DCS调制MnRN-海马体相干性

类似地，TN-DCS也调制了MnRN与海马体之间的功能连接。在-3 mA刺激下，theta波段SFC和STA均显著增加，且这种调制同样依赖于刺激振幅。有趣的是，除了主导的theta波段（~4 Hz）外，研究还观察到~8 Hz处的较弱相干性增强，可能是theta节律的一次谐波，提示TN-DCS可能调制了更广泛的频率耦合。

MnRN血清素能活动和三叉神经刺激对TN-DCS诱导的相干性调制至关重要

关键实验发现，8-OH-DPAT介导的血清素能神经元抑制和利多卡因介导的三叉神经阻断，均显著减弱了TN-DCS诱导的MnRN-海马体相干性增强。在对照条件下，SFC显著增加（平均ΔSFC = 0.021，p < 0.001），而激动剂处理使这一效应逆转为降低（平均ΔSFC = -0.011，p < 0.001）。这表明，中缝核血清素能神经元的活动状态是TN-DCS调制网络同步性的必要条件。

研究结论表明，TN-DCS通过振幅依赖性机制动态调节中缝核-海马网络的放电活动和theta节律同步性，这一过程需要完整的三叉神经传入和血清素能信号通路。值得注意的是，刺激效应主要见于非血清素能神经元，而血清素能神经元本身对TN-DCS反应较弱，却为网络水平的调制提供了必要的神经化学环境。

讨论部分强调，这一发现对理解非侵入性神经调控的作用机制具有重要意义。与传统观点认为tDCS主要通过皮层调制不同，本研究提示三叉神经可能作为“高速公路”直接将刺激效应传递至深部脑区，为解释tDCS的远隔效应提供了新视角。中缝核-海马theta同步性与记忆编码、情绪调节密切关联，TN-DCS对这一关键神经回路的靶向调控能力，为开发针对认知障碍、情绪疾病的新治疗策略奠定了理论基础。

研究的创新性在于首次系统量化了TN-DCS参数与中缝核-海马网络活动的剂量效应关系，明确了三叉神经传入和血清素能系统在这一过程中的必要性。尽管存在麻醉状态、行为相关性未验证等限制，本研究为TN-DCS的机制研究和临床优化提供了重要依据。未来研究可探索更长时间的刺激方案是否诱导持久可塑性变化，以及在清醒动物中验证这些发现，进一步推动这一无创神经调控技术向临床应用转化。