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创伤性脑损伤（TBI）严重影响健康，其引发的认知障碍机制不明。研究人员探究 TBI 对小鼠齿状回（DG）颗粒细胞（GCs）兴奋性及突触电流影响。结果发现 sEPSCs 频率呈双相变化，这有助于理解 TBI 病理，为治疗提供方向。
在生活中，头部受伤的情况并不罕见，而创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury，TBI）更是全球范围内导致发病和死亡的重要原因。每年，都有数以百万计的人受到 TBI 的影响，它不仅会在受伤后不久引发多种组织病理学和行为学后果，还可能在数月甚至数年后持续存在慢性症状，严重影响患者的生活质量。
TBI 发生后，大脑会经历复杂的变化。最初的机械损伤会触发急性期，伴随着神经炎症、氧化应激、兴奋性毒性和神经胶质增生等一系列反应。随后进入的亚急性期，神经元的过度兴奋成为常见问题，这可能引发癫痫样活动甚至癫痫发作，还与记忆丧失、学习障碍、感觉运动功能和人格改变等神经心理症状密切相关。
海马体，这个在学习、记忆和更高认知功能中起着关键作用的大脑区域，在 TBI 中尤其脆弱。其内部的齿状回（Dentate Gyrus，DG）颗粒细胞（Granule Cells，GCs）原本像忠诚的 “卫士”，通过过滤过度或异常的输入活动来防止病理性的过度兴奋。但在 TBI 的影响下，这些颗粒细胞的爆发活动和突触效能发生改变，进而在电路、大脑活动模式和行为水平上引发一系列问题。
此前，虽然对 TBI 的研究已经取得了一些进展，但仍存在许多未解之谜。比如，TBI 对颗粒细胞兴奋性和兴奋性突触活动在不同时间阶段的具体影响尚不明确。为了深入探索这些问题，来自国外的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Experimental Neurology》杂志上。
研究人员为了更准确地研究 TBI 对颗粒细胞的影响，采用了多种先进的技术方法。首先，他们建立了 TBI 小鼠模型，通过控制皮质撞击（Controlled Cortical Impact，CCI）的方法模拟 TBI，同时设置了假手术组和仅接受麻醉的对照组。然后，对小鼠进行大脑切片制备，获取包含背内侧海马体的切片。接着，运用全细胞记录技术记录颗粒细胞的电生理信号。此外，还使用了主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和 Lempel-Ziv 复杂度（Lempel-Ziv Complexity，LZC）分析等方法，对数据进行深入分析。
下面来看具体的研究结果：
- 被动膜特性与内在兴奋性：研究发现，在手术后的 3 天、15 天和 4 个月这三个时间点，所有组的基础兴奋性没有随着时间发生变化，静息膜电位（Resting Membrane Potential，RMP）、膜时间常数 tau 和膜输入电阻在各时间点都保持相似。通过体细胞电流注射实验表明，假手术组在各个时间点每个电流步长激发的动作电位（Action Potential，AP）数量较少，而 TBI 对引发动作电位所需的最小电流（rheobase）没有影响。
- 膜和 AP 特性的详细分析：研究人员计算了包括 AP 振幅、持续时间和速度等在内的 15 个变量，并利用 PCA 进行降维分析。结果发现，在不同时间点，TBI 组和假手术组的神经元与对照组相比，多个变量存在显著差异。例如，在 3 天时间点，TBI 组的 AP 振幅、AP 超射高于对照组，首次 AP 的时间更长，AHP 振幅低于对照组；15 天时间点，TBI 组的 AP 半宽度、振幅、超射、AHP 振幅、阈值和 ΔVt 高于对照组；4 个月时间点，TBI 组的 AHP 持续时间低于对照组和假手术组 。
- 自发兴奋性突触活动：TBI 对颗粒细胞的自发兴奋性突触活动产生了显著影响。对照组细胞的 sEPSCs 频率随着时间自然下降，而 TBI 组则呈现出明显的双相变化，即早期（3 天至 15 天）显著降低，后期（15 天至 4 个月）显著增加，假手术组的 sEPSC 频率在整个过程中保持稳定 。通过 LZC 分析发现，对照组和假手术组的复杂性随时间自然增加，而 TBI 组则在 15 天增加，4 个月降低，且 sEPSC 频率与复杂性之间存在强烈的负相关。此外，TBI 组在 15 天和 4 个月时，sEPSC 信号的复杂性低于对照组 。
在讨论部分，研究人员指出，他们的研究表明 TBI 和假手术对 DG 中 GCs 的被动膜特性和 AP 产生阈值可能没有长期影响，TBI 诱导的是多种随时间变化的细微改变。TBI 后 GCs 的双相反应表明，传入输入的模式，而非仅仅频率，可能导致与 TBI 相关的慢性过度兴奋。虽然研究无法确定双相变化与特定事件的因果关系，但谷氨酸和 GABA 等神经递质的变化可能与之相关。
这项研究具有重要意义，它帮助我们更深入地理解了 TBI 后 DG 中突触活动的细微变化，尤其是其时间动态变化，这些变化可能是 TBI 慢性期病理长期改变的重要因素。这为进一步研究 TBI 的发病机制和开发有效的治疗方法提供了关键线索，有望为 TBI 患者带来新的希望。
