同步振荡（Oscillatory signatures）在促进突触可塑性和塑造神经元种群的功能结构中起重要的机械作用，在正常静息大脑中，不同脑区的神经元集群通过同步振荡活动实现了信息的加工和整合。阿尔茨海默病（AD）患者的脑电图改变涉及多个脑震荡频率，这些异常是否与AD神经病理学和认知能力相关？如何相关？

近日，加州大学和明尼苏达大学的Srikantan S. Nagarajan博士和Keith A.Vossel教授团队合作发表了一篇题为Neurophysiological signatures in Alzheimer’s disease are distinctly associated with TAU, amyloid-β accumulation, and cognitive decline的研究论文，报道了在AD患者中使用了脑磁图成像(MEGI)、带有β-淀粉样蛋白(Aβ)和tau示踪剂的正电子发射断层扫描(PET)以及认知评估来显示与神经病理学异常相关的特定MEGI特征的存在。

1.

不同AD表型患者表现出不同的α节律和δ-θ节律？

图1  不同神经表型的静止状态神经同步状态

结果显示，与年龄匹配的对照组相比，AD患者枕叶和颞顶皮质的α振荡（8至12 Hz）是不同步的，而额颞叶皮质的δ-θ振荡（2至8 Hz）在额叶和前颞顶皮质是超同步的。

每个AD表型都表现出特定的α低同步解剖模式：AD记忆消除/功能失调组（AD-AMN）在双侧后顶枕皮层中显示了一个α同步低下的局灶性区域；原发进行性失语症的自闭变体组（AD-lvPPA）显示左半球主要累及后颞皮层；后皮质萎缩（AD-PCA）组显示双侧枕骨皮层α同步性低下，右半球相对较弱（图1A）。与α低同步性形成鲜明对比的是，三种AD表型的δ-θ超同步性的解剖结构相似，并累及双侧前额叶和背额叶皮质以及顶叶后皮质（图1B）。

2.

α低同步性、δ-θ超同步性与tau和Aβ沉积具有不同的空间关联

图2 神经元同步性和氟罗西吡与11C-PIB摄取之间的空间共定位

使用tau示踪剂氟罗西吡、Aβ示踪剂11C-PiB发现α低同步性与tau沉积显著共定位，并与氟罗西吡的摄取程度相关，解剖学分布为双侧后颞皮和下颞皮以及左后顶叶皮层（图2A）。相比之下，α低同步性与11C-PiB摄取之间存在较差的空间共定位性（图2C）。此外，δ-θ超同步性和氟罗西吡和11C-PiB摄取之间的空间重叠模式相似，并与tau和Aβ示踪剂摄取程度有关，解剖学主要涉及双侧额叶顶叶和后颞叶皮层（图2B、图2D）。

3.

tau和Aβ沉积的程度明显地调节了α低同步性和δ-θ超同步性

研究使用MEG, flortaucipir (tau) PET, 11C-PiB (Aβ) PET等3种成像模式进行分析，结果表明，tau和Aβ沉积对AD中特定振荡频率内的神经同步有明显的影响，α不受Aβ的影响而被tau负调制，而δ-θ被tau和Aβ的相互作用正或负调制。

4.

α低同步与MMSE下降有关

通过使用线性混合模型分析来量化每个神经元同步性缺损与MMSE（Mini-Mental State Exam）表现之间的关系，发现与δ-θ超同步性相反，α低同步性受tau沉积量调节明显，并且与代表AD表型变异性的tau沉积形态紧密相关。该研究推测α低同步性与AD患者的整体认知功能障碍程度相关。

综上所述，该研究显示了AD病理生理学频率的特征，表明来自MEGI的神经生理学方法可作为由tau和Aβ以及相关的认知能力下降介导的网络中断的敏感指标。为寻找神经生理指标作为AD早期生物标志物提供依据，并促进可以使AD患者神经网络同步正常化的新颖治疗方法的开发。

编译作者：守望者 (Brainnews创作团队)

参考文献：

Ranasinghe KG, Cha J, Iaccarino L, et al. Neurophysiological signatures in Alzheimer's disease are distinctly associated with TAU, amyloid-β accumulation, and cognitive decline. Sci Transl Med. 2020;12(534):eaaz4069. doi:10.1126/scitranslmed.aaz4069