《Scientific Reports》：Intensity-dependent tACS entrainment effects in a cortical microcircuit: a computational study
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为揭示经颅交流电刺激(tACS)调控神经振荡的细胞与网络机制，研究人员开展了一项结合真实神经元形态与网络动力学的计算模拟研究。通过构建包含5类生物物理神经元的皮层微环路模型，发现锥体神经元对电场敏感度显著高于中间神经元，且tACS在调节放电时序的同时，其同步化效应取决于内源振荡与刺激强度的交互作用。该研究为优化tACS临床参数提供了重要理论依据。
在神经科学和精神病学领域，调节异常脑振荡已成为干预认知功能障碍的新策略。经颅交流电刺激（tACS）作为一种非侵入性脑刺激技术，通过施加微弱交流电场调节神经元活动，在治疗抑郁症、精神分裂症等疾病中展现出潜力。然而，tACS的临床效果存在争议，部分原因在于神经元形态、离子通道分布等微观因素会显著影响细胞对外电场的响应。传统研究难以在活体大脑中直接观测微观机制，而计算模型为揭示tACS作用原理提供了独特窗口。
本研究采用NEURON仿真平台构建了整合真实形态的皮层微环路模型。模型包含5种生物物理神经元类型，通过交叉相关分析、相位一致性及锁相值评估tACS效应。结果表明，tACS在不显著改变放电频率的前提下精准调节放电时序，锥体神经元因树突形态特征对电场敏感性高于中间神经元。有趣的是，tACS对内源同步化产生双向调节——低强度刺激增强Gamma振荡锁相，高强度反而破坏Beta节律协调性。这种强度依赖性效应揭示了神经元固有特性与网络动力学的复杂博弈。
研究证实神经元形态是决定tACS效果的关键因素，为临床个体化参数设计提供了理论依据。该模型框架有望推广至病理振荡机制研究，推动tACS向精准神经调控方向发展。
关键方法
采用NEURON仿真环境构建包含5类生物物理神经元的皮层微环路模型，整合真实形态学数据和突触连接规则。通过参数化扫描评估不同tACS强度下的神经响应，使用交叉相关分析、相位一致性指数和锁相值量化夹带效果。
结果
tACS对放电时序的精确调控
模拟显示tACS能显著改变动作电位相对于电场周期的发放时刻，但整体放电率未发生明显变化，说明其通过调节时序而非驱动放电实现神经编码调制。
神经元类型的差异敏感性
锥体神经元因顶端树突与电场矢量对齐，产生更大跨膜电位，其相位响应曲线幅值约为中间神经元的2.3倍，证实形态学特征决定电场耦合效率。
同步化的双向调节机制
在Gamma波段（40 Hz）内源振荡中，0.5 mV/mm tACS使锁相值提升38%；而当刺激强度增至1.2 mV/mm时，Beta波段（20 Hz）网络同步性下降21%，表明刺激效果依赖内源状态与强度组合。
讨论与结论
本研究通过多尺度计算模型阐明tACS神经夹带效应的细胞基础与网络机制。锥体神经元的高敏感性提示其在信息流调控中的枢纽作用，而同步化的双向效应警示临床中需避免过度刺激。未来工作可整合个体化脑解剖数据，建立从离子通道到网络振荡的跨尺度预测模型，最终推动tACS成为精神疾病治疗的精准工具。
