南科大揭示视觉LED光刺激的作用: 可改善神经损伤和学习记忆障碍

南科大揭示视觉LED光刺激的作用: 可改善神经损伤和学习记忆障碍

南方科技大学生物系侯圣陶教授研究团队在《自然-通讯》发表重要研究成果，揭示了40Hz节律性LED光刺激对大脑神经损伤和学习记忆障碍的改善作用。这一发现为治疗脑卒中等重大脑疾病提供了新的思路和方法。

2020年6月15日，南方科技大学生物系侯圣陶教授研究团队在《自然-通讯》发表题为《Rhythmic light flicker rescues hippocampal low gamma and protects ischemic neurons by enhancing presynaptic plasticity》的研究成果。研究团队发现，通过40Hz的视觉LED光刺激，可以有效改善双侧颈总动脉阻塞（2VO）模型小鼠因大脑缺血诱发的神经损伤和学习记忆障碍。

40 Hz节律性LED光刺激小鼠可提高低频gamma波能量

研究团队首先利用40Hz的LED光视觉刺激双侧颈总动脉阻塞（2VO）模型小鼠，发现在海马CA1区局部场电位低频伽马段对应频率出现尖峰，且该区能量得到提升，同时theta与低频gamma的相位幅值耦合也增强。在小鼠探索物体的行为过程中，2VO手术后光照鼠比未光照鼠低频gamma能量显著提升并趋于正常水平。2VO手术后光照组小鼠的海马CA1区椎体神经元得到有效保护，同时水迷宫试验发现其学习与记忆能力得到恢复。

图2. 自由活动小鼠海马CA1区局部场电位记录

大脑视觉皮层区域处理的视觉信息可以增强海马区域动态的突触可塑性，作者发现40 Hz LED光刺激同步效应可以增强海马区CA3区域突触前神经递质的囊泡释放，进而增强CA1突触后动作电位，提高突触连接强度。

脑卒中后，CA3-CA1神经环路低频伽马振荡受损、神经递质释放紊乱、突触可塑性降低导致神经元死亡。40HzLED光刺激，提高CA3-CA1神经环路低频伽马能量，调控神经递质释放，增强突触可塑性，进而保护神经细胞免受脑缺血缺氧带来的损伤，提高康复速度。

图3.小鼠脑片突触前可塑性及囊泡释放记录

南科大生物系侯圣陶课题组郑立枫和余梅为论文共同第一作者，侯圣陶教授为论文唯一通讯作者。南科大本科生林锐、汪云轩、卓展参与了论文研究全过程。该研究得到了中国科学院深圳先进技术研究院研究员王立平课题组，MIT皮考尔学习与记忆研究所（The Picower Institute for Learning and Memory）所长蔡立慧教授的大力支持。