大脑中的“基因-细胞群”会随外界刺激而变化

本文通过一项创新性实验，首次在人类大脑组织上直接揭示了脑刺激改善认知功能的生物学机制。研究人员开发了一套离体实验平台：利用接受神经外科手术的癫痫患者切除的颞叶皮层组织，同步进行微电极阵列（MEA）电刺激、神经元电活动记录和单细胞核基因组测序。结果发现，电刺激并非简单地‘唤醒’神经元，而是特异性地增强了由兴奋性神经元构成的‘神经元群’（cell assemblies）之间的协同放电——即多个神经元更紧密、更同步地一起工作。更重要的是，这种功能增强与特定类型兴奋性神经元内部的基因调控网络（GRNs）被激活密切相关，尤其是那些受神经活动调控的即刻早期基因（如EGR1、FOS）及其下游通路。研究团队进一步将离体发现推广到活体场景：分析接受颅内电刺激（IVS）的患者数据后，确认了相同类型神经元中存在高度一致的基因表达变化模式。这说明，无论是在离体组织还是活体大脑中，脑刺激都通过同一种‘功能-基因’耦合机制发挥作用——即先改变神经元群的电活动模式，再触发相应细胞类型的特异性基因程序。这一发现打破了以往将电刺激视为单纯物理干预的认知，确立了‘可靶向的遗传特征’与‘生理功能变化’之间的直接联系，为设计更精准、更有效的神经调控疗法（如针对阿尔茨海默病或创伤性脑损伤后的记忆障碍）奠定了关键科学基础。