在三篇论文中，包括今年发表在《细胞》和《神经元》杂志上的两篇论文，他们已经证明，将小鼠暴露在40Hz的闪烁光或嗡嗡声中，这种方法被称为“GENUS”，即利用感官刺激进行伽玛娱乐，可以增强整个大脑的节奏，改变多种脑细胞类型的基因表达和活动。病理性淀粉样蛋白和tau蛋白的积累下降，神经元及其回路连接受到保护，免于退化，学习和记忆的持久性明显优于未接受GENUS的疾病模型小鼠。

在一篇新的评论文章中神经科学发展趋势领导这项工作的两名研究人员列出了必须了解的少数已知和许多未知因素，以确定广泛的影响是如何发生的。这是一个他们喜欢的挑战，因为答案既可以开辟新的科学领域，也可以帮助他们改进GENUS如何成为一种治疗或预防方法。

“虽然我们知道它会影响小鼠的病理，但我们想了解它是如何影响的，因为这将有助于我们理解和完善潜在的治疗方法，”首席作者Chinnakkaruppan Adaikkan说，他是资深作者蔡丽慧实验室的博士后，蔡丽慧是皮考尔神经科学教授和皮考尔学习与记忆研究所所长。

自博士研究以来，阿代坎一直对神经活动如何产生大脑节律感兴趣。在麻省理工学院，他正将这种热情投入到理解感官刺激如何引发振荡上。

“这就是驱使我每天来实验室研究这些机制的原因，”Adaikkan说。“当我们从第一只老鼠的视觉皮层，海马体和前额叶皮层中获得数据时，我们惊讶地发现视觉刺激在这些大脑区域中存在。这非常令人兴奋，但要了解这是如何发生的，我们还有很长的路要走。”

这篇新论文提出了这个问题以及该领域的许多其他问题。是什么细胞导致了大脑对GENUS的反应?伽马节律如何作用于非神经元细胞，如星形胶质细胞和小胶质细胞?它是如何传播到负责感知的大脑区域之外的?增强伽马能在多大程度上影响认知?长期刺激会影响大脑回路连接吗?它们是如何变化的?

细胞的角色

对神经元群如何参与电活动的相干振荡的研究已经产生了两个模型来解释伽马节律。Adaikkan和Tsai写道，两者都涉及兴奋性和抑制性神经元之间的相互作用，但在哪种类型导致相互作用上有所不同。在他的工作中，Adaikkan试图剖析GENUS中特定神经元类型的作用，以及这些模式与其他伽马源(如认知任务所调用的伽马源)的反映程度。

GENUS影响的不仅仅是神经元。蔡教授的实验室发现，小胶质细胞改变了它们的基因表达、物理形态、蛋白质消耗行为和炎症反应，这取决于所涉及的阿尔茨海默病模型。另一组的研究表明，阻断星形胶质细胞中的囊泡释放可以阻碍小鼠的伽马能量，蔡的小组发现，听觉属招募了更多的反应性星形胶质细胞，这些细胞更倾向于消耗病理蛋白质。

这篇新论文提出了关于这种“胶质”细胞如何参与其中的三种假设:它们可能通过调节携带电荷的离子的流动，直接参与伽马夹带;即使它们对节奏没有贡献，它们的离子敏感性仍可能使它们对伽马变化做出反应;相反，它们可能会受到伽马射线导致的神经递质水平变化的影响。

此外，不同的神经胶质也可能参与其中，因为它们靠近神经元之间的电偶联，称为突触，或者因为它们的活动是如何由神经活动控制的。

更广阔的大脑

海马体是记忆的关键，前额叶皮层是认知的关键，这可能是它如何保持大脑功能的一个因素。但是，关于伽马射线的增加如何促进多区域交流，也存在不同的模型。作者写道，在一个模型中，相同频率的相干性优化了通信，而在另一个模型中，一个区域的伽马活动直接驱动下游区域的活动。他们认为，直接操纵区域间回路的新实验可以帮助解决哪种模型更好地解释伽马夹带的影响。

最后，GENUS对大脑功能和行为的影响也没有得到充分的解释。Tsai实验室的实验已经显示出对空间记忆的显著影响，对其他形式的记忆也有一些影响，这取决于刺激方法。其他研究表明，通过其他方式刺激大脑节律，如通过小鼠的遗传或光遗传操作，或通过人类的经颅刺激，也可以改善工作记忆等功能。Adaikkan有兴趣缩小这些研究与蔡实验室工作之间的差距:大多数研究都是在刺激期间测量认知表现，而蔡实验室是在重复刺激结束后才这样做的。他说，他还想测试一下，当GENUS正在积极进行时，老鼠的表现如何。

蔡说:“我们的实验室很高兴能够解决这些假设，并看到这个领域如何解决更多的假设。”“GENUS为神经科学创造了许多有趣的新问题。”

JPB基金会、Robert A. and Renee . Belfer基金会以及Jeffrey and Nancy Halis家庭基金会都支持这项工作。