在一种可能最终成为癫痫新疗法的研究中，来自加州大学旧金山分校、加州大学圣克鲁兹分校和加州大学伯克利分校的研究人员利用光脉冲抑制神经元的癫痫发作样活动。
该团队利用从癫痫患者治疗期间获得的大脑样本进行了研究。
他们的目标是将这一技术发展成一种取代手术程序的方法，该手术去除癫痫发作开始的脑组织，为那些无法通过药物控制症状的患者提供一种较少侵入性的替代方案。
这项研究采用了一种称为光遗传学的技术，该技术使用无害的病毒将来自微生物的光敏基因引入大脑中的特定神经元，使它们对光脉冲产生反应。
这是光遗传学首次在活的人类脑组织中有效控制癫痫活动，为其他神经系统疾病的新疗法铺平了道路。
“这标志着向一种新的、有效的癫痫治疗方法及潜在其他病症的重要进展，”助理教授、神经外科学的Tomasz Nowakowski博士说道，该研究于11月15日在《自然神经科学》上发表。
控制癫痫的尖峰
为了保持大脑组织在几周的研究期间的可行性，研究人员重建了一种类似于颅内条件的环境。
神经外科住院医师John Andrews博士将组织置于一种营养丰富的培养基上，该培养基模仿围绕大脑的脑脊液。
加州大学伯克利分校的生物分子工程师David Schaffer博士确定了最有效的病毒，以将基因传递到目标神经元。
然后，Andrews博士将组织放置在一个微小电极的框架上，这些电极能够检测神经元之间的电信号。
在正常情况下，神经元通过在不同的时间和频率发送信号进行交流，表现出一致的低水平活动。然而，在癫痫发作期间，这种活动会同步成强烈的电能爆发，压倒大脑的正常交流。
研究团队的目标是利用光脉冲通过关闭嵌入光敏蛋白的神经元来防止这些爆发。
遥控实验
最初，团队需要一种在不干扰组织的情况下进行实验的方法。电极之间的距离仅为17微米——不到人类头发一半的厚度——即使是大脑切片的微小移动也可能影响他们的发现。
Mircea Teodorescu博士，加州大学圣克鲁兹分校电气和计算机工程的副教授及该研究的共同高级作者，开发了一种遥控系统来监测电活动并向组织发送光脉冲。
Teodorescu的实验室创建了一款软件，使研究人员能够在圣克鲁兹控制实验，同时组织在Nowakowski位于旧金山的实验室中。
这一设置意味着研究人员不需要在组织研究的地方亲自到场。
“这是一次极其独特的合作，旨在解决一个高度复杂的研究问题，”Teodorescu说。“我们的成就反映出通过结合我们机构的优势，我们可以在多大程度上进一步进展。”
对癫痫的新理解
光遗传学使研究人员能够专注于特定的神经元群体。
团队能够识别出引发癫痫所需的神经元类型和数量，并确定改变活体脑切片中神经元电行为所需的最少光量。
他们还观察了神经元之间的互动如何有助于抑制癫痫发作。
Edward Chang博士，加州大学旧金山分校神经外科主任，表示这些发现可能会改变癫痫患者的治疗。
“我相信在未来，如果我们采用这种策略，我们将不再需要依赖当前进行的手术，”Chang补充道。“我们可以为患者提供更精细、更有效的癫痫控制，消除侵入性手术的需要。”
作者：本研究的其他贡献者包括来自加州大学旧金山分校的David Shinn、Albert Wang、Matthew Keefe博士、Kevin Donohue、Hanh Larson、Kurtis Auguste博士、Vikaas Sohal博士及Cathryn Cadwell博士，来自加州大学圣克鲁兹分校的Jinghui Geng、Kateryna Voitiuk、Matthew Elliott、Ash Robbins、Alex Spaeth、Daniel Solis、Jessica Sevetson博士、Drew Ehrlich、Sofie Salama博士、Tal Sharf博士和David Haussler博士，以及来自加州大学伯克利分校的Lin Li和Julio Rivera-de Jesus。
资金：本研究得到了以下机构的资助：国家卫生研究院（拨款5R25NS070680-13、UF1MH130700、R01NS123263、R01MH120295、T32HG012344、K08NS126573、K12GM139185和LRP0000018281）、国家科学基金会（拨款2034037、CNS-1730158、ACI-1540112、ACI-1541349和OAC-1826967）、施密特未来基金会（SF 857）、韦尔神经中心资助U01NS132353、艾丝特A & 约瑟夫·克林根斯坦基金、Shurl和Kay Curci基金会、Sontag基金会以及William K. Bowes Jr基金会的捐款。
