光刺激特定脑区改善帕金森病患者的时间感知及认知障碍

上周，小编曾报道过Science期刊上一项关于“时间观念”的研究——中脑多巴胺调控着动物的时间判断能力。这篇文章表明，黑质多巴胺活性的强弱影响着动物对时间间隔长短的估计。我们知道，黑质多巴胺神经元缺失的帕金森病人往往出现时间感知障碍。12月15日，发表于Current Biology上的研究表明，帕金森病患者所出现的认知问题可能正是由于这种时间观念的缺失。并且，研究人员通过光遗传学技术刺激特定脑区改善了小鼠的认知障碍。

当猎豹追逐猎物时，我们并不能仅从它的初始速度就预测最终的结果。相反，只有那些懂得适时而动的聪明猎豹才具有优势。事实上，根据时机而有意识地指导自身运动是哺乳动物一个简单而又普遍的思维能力。来自爱荷华大学的神经科学家Nandakumar Narayanan认为，正是帕金森病（PD）患者中这一能力的缺失导致了他们的认知问题。

在美国，PD影响着100万人，其中，PD患者最显著的一个生化特征就是黑质多巴胺神经元的变性和死亡。PD主要导致患者运动功能障碍，但是神经科学家们现在已经意识到，PD同样也可以显著地影响患者的思维和认知能力。不过，目前对于帕金森病的治疗主要集中在改善运动症状，而针对认知障碍的治疗十分有限。

通过实验及临床工作，Narayanan及他的团队记录了小鼠和人类在进行简单的定时任务时的大脑活动。同时，也利用各种遗传工具操控并研究小鼠的大脑活动。这些实验揭示了控制时间感知能力的神经环路，并解释了这种简单的认知过程为何会在多巴胺缺失时会被破坏。

研究发现，以特定频率刺激大脑特定神经元将提升多巴胺缺失小鼠的定时能力。这意味着，至少在理论上，利用大脑刺激或许可以改善PD引起的认知问题，甚至对于其他认知障碍可能也适用。

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PD患者δ波缺失

研究人员通过脑电图比较了12例有明显时间感知障碍的PD患者与正常人的额叶脑活动。他们发现，PD患者在进行定时任务时，一段频率1-4Hz的脑电波——δ波出现缺失。

意料之中，额叶皮层多巴胺缺乏的小鼠在定时任务中也表现不佳，同时，这些小鼠也缺乏δ波，这意味着这个特殊的，多巴胺依赖的神经信号对于定时能力十分重要。

刺激D1多巴胺受体神经元改善认知障碍

在额叶皮质中，多巴胺通常激活具有D1多巴胺受体的神经元。 研究人员对小鼠进行基因改造，使得D1神经元可以通过光遗传学技术人工激活。当研究人员以缺失的δ波信号相同的频率——2Hz的光刺激大脑时，小鼠恢复了执行定时任务的能力。

当研究人员在正常小鼠中刺激D1神经元时，不能改善他们的时间感知能力。不过，在由于缺失多巴胺而出现认知（时间）损伤的小鼠中，研究人员可以显著改善它门的认知障碍。这一结果表明，理论上，提供有针对性，选择性和特异性的大脑刺激可能改善帕金森病因多巴胺缺乏而引起的的一些认知障碍。

大脑刺激已经用于治疗一些PD患者，但这些治疗靶点都是运动控制（非额叶皮质）相关脑区，仅仅改善PD的运动问题。这项新研究表明，精确刺激皮质中的特定神经网络为改善依赖多巴胺的认知功能障碍提供了新的治疗基础。

原始出处

Timing may be key to understanding cognitive problems in Parkinson's disease

Optogenetic Stimulation of Frontal D1 Neurons Compensates for Impaired Temporal Control of Action in Dopamine-Depleted Mice