颞叶癫痫(Temporallobeepilepsy,TLE)是起源于海马和海马旁(Hippocampalandparahippocampal,HP-PHP)结构的自发性发作。剖自HP-PHP结构中发作传播的机制对于开发特异性的治疗靶点，进而更有效的治疗TLE至关重要。许多研究人员使用传统的膜片钳分析海马内嗅皮层(Hippocampal-entorhinalcortex,HP-EC)脑切片以识别异常环路的发作传播路径。这些研究显示，发作放电起源于EC，通过齿状回(Dentategyrus,DG)传播到海马CA3和CA1区，随后返回至EC(EC-DG-CA3-CA1-EC可重入环路)。还有其他体外分离豚鼠大脑的研究显示，发作放电可能会通过DG-CA1-EC-DG重入环路传播。多位点体内记录和操作将是研究发作放电传播途径的关键，因为它可以在生物学水平上对不同脑区发作的动力学变化方面提供高度精确的时空洞察。虽然来自同步记录局部场电位(Localfieldpotentials,LFP)和脑电图的数据提示最开始的癫痫发作最频繁起源于海马结构，但由于当前的某些方法学的限制，发作放电在HP-EC结构中的传播还没有被活体内研究充分描述。由于传统的电生理技术缺乏细胞类型特异性，光基因学的进步最近才允许我们在活体内描述和操作潜在发作的病理环路。虽然光基因学技术在中断癫痫动物发作方面已经显示出显著功效，但电路级分离HP-PHP结构的发作传播没有充分在毫秒时间尺度和体内特异性的条件下进行。因此，HP-PHP结构中主导发作放电传播的确切亚区域仍不清楚。
方法使用定制的神经探针同时植入到多个大脑区域。通过在VGAT-ChR2转基因小鼠的海马背侧直接显微镜下注射海人酸(Kainicacid,KA)诱发癫痫发作。从多个脑区包括齿状回/门(DGH)、内侧内嗅皮层(Medialentorhinalcortex,MEC)和主要运动皮层(M1)获得多通道记录。基于多个区域的电子记录，我们发现痫性发作时所记录的区域高度同步化。通过分析LFP的交叉区域棘波触发平均值(stLFP)和LFP互相关峰值滞后的分布探讨区域之间的时间关系。通过对γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)能中间神经元(Interneurons,INs)进行光基因调控来验证我们的发现。选择性地激活DGHGABA能INs可瞬间抑制发作的传播和挽救经KA处理的小鼠的行为缺陷，然而兴奋MECGABA能INs没有显著影响。
结果提高同步引起发作传播。癫痫发作后，强的DGH-DGH和MEC-MECstLFP峰出现，平均波幅.0±.6和.2±58.8mV(x±s)，平均延迟分别为1.5±1.0和4.2±1.2ms(x±s)。这表明LFP波动是被局部神经元的高度同步化多单位活动触发。在发作期，DGH-MEC和MEC-DGHstLFPs均有强峰，平均波幅分别为.4±60.2和.3±46.4mV(x±s)，提示DGH和MEC有密切的时间关系。DGH-MEC和MEC-DGHstLFPs的平均峰值延迟分别为14.7±2.6和7.5±1.4ms(x±s)。结果显示MEC棘波是由DGHLFPs触发，MECLFPs由DGH触发。提示MEC的发作放电是由高度同步的DGH神经元触发的。
DGH主神经元(Principalneurons,PNs)主导发作传播。发作过程中在DGH(n=来自10只小鼠的神经元)和MEC(n=95来自10只小鼠的神经元)中检测到自发的多单元连发。根据交叉区域stLFPs的分析，DGH发作放电可能对MEC神经元活动有调控作用。光传输到DGH可引起局部LFP及MEC和M1整个频率间隔的活动显著降低。尽管激活MECGABA能INs抑制局部LFP活动，但其对DGH或M1神经元并没有显著影响。通过选择性只激活DGH，而不是MEC或GABA能INs，发作放电的传播可能被瞬间抑制。这也提示了DGH主导HP-EC环路中发作的传播。
激活DGHGABA能INs阻止发作传播。DGH和MEC记录到的LFP瞬时幅度是互相关的，对互相关峰值的平均延迟及延迟分布进行计算。在发作期可观察到强烈而尖锐的互相关峰出现，特别是在β和γ条带，且延迟分布明显偏离0(P＜0.，单样本t检验，n=5小鼠)。该结果提示发作发电从DGH到MEC的传播是前馈传播。DGH在发作传播过程中可能是作为MEC的上游，激活DGHGABA能INs直接阻止了HP-EC结构中发作的向外扩散。
激活DGHINs减少交叉区域的一致性。发作时，DGH-MEC的一致性在γ条带明显增加，提示发作放电促使下游神经元进入高度同步状态。选择性激活DGH而不是MEC的GABA能INs，可以抑制发作传播和下游区域的同步化。MEC和M1中痫性发作是由DGH传播过来的。选择性激活DGHGABA能INs可重建局部神经网络的E/I平衡，从而抑制发作放电向外传播。
循环刺激具有延迟抑制作用。光刺激过程中LFP的θ和α条带活动没有增加。LFPβ和γ波段在50min达峰值，然后经光传播后立即下降。在整个刺激过程中(30～min)，被刺激组每小时平均发作次数仅有2.00±0.48次，明显少于非刺激组的(每小时平均5.62±0.66次，P＜0.，成对t检验)。结果表明激活DGH抑制网络足以挽救持续发作。
结论该研究结果支持DGHPNs与TLE密切相关，由其产生向外扩散的痫性发作，传播到MEC及包括M1在内的其它脑区这一假说。以DGHGABA能INs作为治疗TLE的靶点可能更具有可行性，为将来TLE的治疗提高新的线索。本研究的最佳光刺激参数与深部脑刺激术(DBS)所用的参数相似，这可能有助于洞察DBS治疗的机制。由于海马-内嗅皮层环路也与包括情感和认知障碍在内的其它神经精神疾病相关，因此该研究的方法学及研究结果可能有助于进行上述疾病的研究。
参考文献：
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