当阿尔茨海默症使大脑半球的细胞退化时，视觉记忆就会受损
麻省理工学院的一项新研究发现，阿尔茨海默病通过破坏新发现的连接大脑每个半球视觉处理中心的电路，至少破坏了一种形式的视觉记忆。
这项研究的结果发表在神经元来自皮考尔学习与记忆研究所的一个研究团队的研究，这些研究来自小鼠实验，但为先前对人类患者的观察提供了生理和机制的基础:每个半球对应区域之间的大脑节律同步减弱的程度与痴呆的临床严重程度相关。
“我们证明，存在一种功能回路可以解释这种现象，”主要作者Chinnakkaruppan Adaikkan说，他曾是皮考尔研究所的博士后，现在是班加罗尔印度科学研究所(IISc)大脑研究中心的助理教授。“在某种程度上，我们发现了一种以前不为人知的基本生物学。”
具体来说，Adaikkan的工作确定了连接大脑的神经元初级视觉皮层(V1)，结果表明，当细胞受到破坏时，无论是由于模拟阿尔茨海默病的基因改变，还是由于直接的实验室干扰，大脑节律同步性会降低，小鼠对围墙上出现新图案的注意能力明显下降。这种对新奇事物的识别需要前一天的视觉记忆，这种能力在阿尔茨海默症患者中通常会被破坏。
“这项研究证明了伽马节律同步通过大脑半球间的连接在大脑半球间传播，”研究的资深作者、Picower教授、Picower研究所和麻省理工学院衰老大脑计划主任Li-Huei Tsai说。“它还表明，AD小鼠模型中该电路的破坏与特定的行为缺陷有关。”
Cross-hemispheric细胞
在这项研究中，Adaikkan、Tsai、Thomas McHugh和其他作者发现并追踪了V1神经元，它们的轴突一直延伸到连接大脑半球的胼胝体，并与位于大脑另一侧的V1细胞相连。他们发现，在那里，跨半球(CH)神经元与靶细胞为他们提供“兴奋性”刺激来推动他们的活动。Adaikkan还发现CH神经元比一般的V1神经元或其他与记忆密切相关的区域(如海马体或前额叶皮层)的神经元更容易被新事物辨别任务激活。
好奇这在阿尔茨海默氏症中有何不同，研究小组观察了两种不同的阿尔茨海默氏症小鼠模型的细胞活动。研究发现，在疾病发生过程中CH细胞活性明显降低。不出所料，患有阿尔茨海默症的老鼠在新颖性辨别任务中的表现要差得多。
研究小组仔细检查了CH细胞，发现它们从V1内部的各种其他细胞和大脑半球处理视觉信息的其他区域收集输入信息。当他们将健康CH神经元的传入连接与患有阿尔茨海默症的CH细胞的传入连接进行比较时，他们发现患病状态下的细胞托管传入连接的基础设施明显更少(根据从细胞体外伸展的藤状树突突出的突触托管棘来衡量)。
考虑到阿尔茨海默症患者大脑节律同步性降低与记忆表现之间的关联，研究小组想知道这是否也发生在小鼠身上。为了找到答案，他们定制设计了电极，以同时测量每个半球V1的所有皮层层的节律性活动。他们观察到，当小鼠进行新奇辨别时，v1之间的跨半球同步性显著增加，但阿尔茨海默病小鼠的同步性，无论是高频率的“伽玛”节律还是低频率的“θ”节律，都明显低于健康小鼠。
Adaikkan在这一点上的证据是强有力的，但仍然只是暗示，CH神经元提供了一种方式，通过这种方式，大脑两侧的V1区域可以协调起来，以实现对新奇事物的辨别，而这种能力由于阿尔茨海默症使CH细胞的连通性退化而被削弱。为了更直接地确定CH电路是否发挥了这样的因果作用，研究小组直接干预干扰它们，测试目标扰动的影响。
他们发现，化学抑制CH细胞破坏了v1之间的节律同步，这与在阿尔茨海默氏症模型小鼠中所做的测量相一致。此外，中断CH活动削弱了新颖性辨别能力。为了进一步测试是否细胞的跨半球性质起了特别的作用，他们对CH细胞进行了改造，使其可以通过闪光控制(一种称为“光遗传学”的技术)。当他们把光照射在连接上时，他们在另一个半球伪造了这些连接来抑制这些连接，他们发现这样做再次损害了视觉辨别能力。
总之，研究结果表明，V1中的CH细胞与另一个半球对应区域的神经元连接，以同步正确识别新奇事物所需的神经活动，但阿尔茨海默病损害了它们完成这项工作的能力。
Adaikkan说，他现在很好奇，想看看其他潜在的跨半球联系，以及它们在阿尔茨海默病中是如何受到影响的。他说，他还想研究在其他节奏频率下的同步会发生什么。
