《Brain Research》：Cerebellar iTBS ameliorates post-stroke cognitive impairment via the dentate nucleus-ventromedial thalamus pathway
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本研究通过建立假性小脑刺激（PSCI）小鼠模型，探究间歇性θ爆发刺激（iTBS）改善后卒中认知障碍（PSCI）的机制。结果显示iTBS通过增强中前额叶皮层（mPFC）和腹侧海马（vHPC）的theta振荡功率、提升两者间theta同步性及theta-gamma耦合，显著改善PSCI小鼠的空间记忆和执行功能。经化学遗传抑制DN-VM通路可阻断iTBS的疗效，而兴奋该通路则能产生类似iTBS的效果，证实DN-VM通路是iTBS改善PSCI的关键中介通路。
姚潘|怀亚萍|吕一晨|梁宇涵|李倩倩|邹彦杰|钟梓轩|龚建伟|王欣
中国山东省烟台市264003，滨州医学院特殊教育与康复学院
摘要
本研究探讨了间歇性θ脉冲刺激（iTBS）对脑卒中后认知障碍（PSCI）的认知益处是否通过调节小脑齿状核-对侧腹内侧丘脑（DN-VM）回路来实现。使用光血栓形成方法建立了PSCI小鼠模型，并将动物分为五组：对照组、PSCI组、PSCI+iTBS组、PSCI+iTBS+化学遗传抑制组和PSCI+化学遗传兴奋组。每组接受相应的干预措施。在干预前后评估行为变化，并使用体内电生理技术记录内侧前额叶皮层（mPFC）和腹侧海马体（vHPC）的局部场电位（LFPs）。我们分析了每个区域的振荡功率以及mPFC和vHPC之间的区域间同步性和θ-γ耦合。经过21天的小脑iTBS治疗后，PSCI小鼠在Y形迷宫任务中的表现显著改善，同时mPFC和vHPC的θ频段功率增加，区域间同步性和θ-γ耦合也得到增强。当在iTBS的同时应用DN-VM兴奋性的化学遗传抑制时，这些改善效果明显减弱。相反，21天的DN-VM回路化学遗传兴奋产生了与iTBS组相似的行为和电生理效应。这些发现表明，小脑iTBS通过调节DN-VM回路来改善脑卒中后的认知功能。此外，DN-VM通路似乎与认知功能密切相关，可能成为PSCI治疗的新神经调节靶点。
引言
脑卒中后认知障碍（PSCI）是脑卒中常见的致残性后果，主要表现为记忆下降、注意力不集中和执行功能缺陷。缺血性脑卒中后一周内PSCI的发生率可高达61%（Rost等人，2022年；Filler等人，2024年）。这种情况显著降低了患者的生活质量，影响了他们的感知能力、日常功能和适应能力。此外，PSCI还会增加并发症的风险，给医疗资源带来压力，并给护理人员带来更大的负担（Huang等人，2022年；Weterings等人，2023年）。
先前的研究表明，经颅磁刺激（TMS）可以显著改善PSCI（Zong等人，2020年；Zhu等人，2024年）。然而，传统的TMS通常针对与认知相关的皮层区域，如前额叶和顶叶皮层。其治疗效果受年龄和个体生理差异等因素的影响，且长期效果往往有限（Shields等人，2018年；Gatti等人，2021年）。因此，确定新的有效刺激靶点并理解其背后的神经机制对于改进PSCI患者的康复策略和促进功能恢复至关重要。
近年来，研究发现小脑不仅在运动协调中起作用，还在认知调节中发挥重要作用（Anastasiades等人，2021年）。通过小脑-丘脑-对侧前额叶回路调节小脑可以影响前额叶功能（Kelly等人，2020年；Ha等人，2023年），从而影响空间记忆等认知功能，并改变海马体和前额叶皮层（PFC）等关键认知相关区域的神经振荡（Hallock等人，2016年；Griffin，2021年）。这表明小脑可以作为TMS治疗PSCI的新靶点。间歇性θ脉冲刺激（iTBS）是一种不同于传统重复TMS（rTMS）的方案，由于其短暂的刺激时间和已被证实的有效性，在脑卒中和其他神经系统疾病的神经康复中得到了广泛应用。iTBS通过血管保护和促血管生成等机制促进脑卒中后的功能恢复（Zong等人，2020年）。此外，小脑iTBS在阿尔茨海默病模型和健康小鼠中也显示出改善认知相关行为的潜力（Yao等人，2023年；Yao等人，2022年；Huang等人，2023年）。然而，目前尚不清楚小脑iTBS是否能够改善PSCI，以及小脑齿状核-腹内侧丘脑（DN-VM）通路是否在此过程中起作用，这需要进一步研究。
大脑神经振荡对高级认知功能至关重要，如空间工作记忆中的信息更新、记忆巩固和执行控制。特别是θ振荡，在促进认知相关区域之间的通信、参与记忆编码和维持工作记忆方面起着核心作用（Zhao等人，2024年；Herweg等人，2020年；Cai等人，2024年）。先前的研究（包括我们自己的研究）表明，在活跃行为和探索过程中，高θ频率（7–12 Hz）的活动显著增加（Symanski等人，2022年），高θ频率与空间记忆编码相关（Gu和Yakel，2022年）。新兴证据表明，认知依赖于多个脑区的协调，而不仅仅是单个区域的孤立活动（de Mooij-van Malsen等人，2023年）。例如，在空间工作记忆任务中，海马体和PFC的局部场电位（LFPs）显示出增加的θ同步性（Liu等人，2022年）。γ振荡通常与θ振荡同时发生，也在认知过程中发挥作用（Sahu和Tseng，2023年）。具体来说，在工作记忆任务中，内侧前额叶皮层（mPFC）的γ振荡可以与腹侧海马体（vHPC）的θ振荡表现出跨频率耦合，支持这些区域之间的同步信息交换（Tamura等人，2017年；Zhang等人，2022年）。进一步的研究表明，vHPC和mPFC之间的θ同步性和跨频率耦合中断与编码失败、反应迟缓和工作记忆容量下降有关（O'Neill等人，2013年；Bygrave等人，2019年；Spellman等人，2015年）。在不同类型的跨频率相互作用中，相位-相位耦合（PPC）是一个关键指标，直接量化两个频率带之间的相位锁定。PPC反映了跨频率节奏随时间的稳定性，是任务执行期间区域间协调性的敏感度量（Scheffer-Teixeira和Tort，2016年）。
在本研究中，我们使用光血栓形成方法建立了PSCI小鼠模型，并应用小脑iTBS来评估其效果。我们使用体内电生理技术和化学遗传学（DREADDs）评估了mPFC和vHPC等关键认知区域的行为表现和神经振荡的变化。目的是探讨小脑iTBS对PSCI的影响及其潜在的电路机制，为基于TMS的PSCI治疗方法提供实验依据。
动物
所有动物实验均获得了扬州大学动物伦理委员会的批准（批准编号：YZUNSFC2020-LCYXY-29）。所有动物实验均符合ARRIVE动物研究指南，并由机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。本研究中使用了2个月大的雄性C57BL/6小鼠（从扬州大学医学院动物实验中心购买）。PSCI模型小鼠和对照组小鼠均接受了相同的操作。
PSCI小鼠模型的建立
整体实验流程如图1A所示。使用光血栓形成方法在C57BL/6小鼠中诱导局部脑梗死。术后24小时进行T2加权MRI检查以评估梗死情况。第7天，对右侧小脑和左侧丘脑进行立体定向病毒注射。第14天进行行为筛查以验证PSCI模型。从第28天到第49天，小鼠分别接受连续iTBS或化学遗传干预（iTBS、iTBS+Gi）。
讨论
本研究旨在探讨小脑iTBS对PSCI的影响及其潜在机制。结果显示，小脑iTBS通过增强θ频段功率、提高mPFC和vHPC之间的θ同步性以及促进θ-γ耦合来改善PSCI小鼠的认知功能。然而，抑制DN-VM回路显著减弱了这些有益效果，表明该通路在介导iTBS效果中起着关键作用。
结论
本研究表明，小脑iTBS显著改善了PSCI。其潜在机制是小脑对对侧丘脑回路的调节，该通路影响同侧mPFC并调节认知神经网络。这一过程增强了vHPC-mPFC的θ频段功率、θ同步性和θ-γ耦合。DN-VM通路是PSCI发展中的关键神经通路，通过小脑定向调节成为了一个有前景的靶点。
局限性与未来展望
本研究存在一些局限性。首先，它依赖于缺血性脑卒中小鼠模型，可能无法完全反映出血性脑卒中或不同脑区损伤的复杂性。此外，本研究未探讨小脑、丘脑和海马之间的具体关系。此外，也未研究其他频率带的神经振荡的潜在作用。未来的研究将解决这些问题，以加深我们对这些机制的理解。
伦理声明
本研究获得了扬州大学伦理委员会的批准（批准编号：YZUNSFC2020-LCYXY-29）。所有实验均经过扬州大学伦理委员会的审查和知情同意程序。所有动物饲养和实验均严格遵循机构关于实验室动物护理和使用的指南。
作者贡献声明
姚潘：撰写——初稿；数据整理。
怀亚萍：资金获取。
吕一晨：方法学设计。
梁宇涵：撰写——初稿。
李倩倩：撰写——初稿。
邹彦杰：软件开发。
钟梓轩：方法学设计。
龚建伟：撰写——审稿与编辑。
王欣：资金获取。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（82072533）、扬州市基础研究计划（联合专项项目）-健康与福利类别（编号2024-2-15）、扬州市科技发展计划项目（YZ2025203）以及深圳科技计划（JCYJ20240813152959014）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
