2026年2月20日，北京大學基礎醫學院孫琳琳研究員團隊、山東第一醫科大學暨山東省醫學科學院王志燕教授團隊和上海交通大學附屬仁濟醫院顧希垚教授團隊在MedComm雜志發表了題為Frequency- and layer-specific modulation of cortical neuronal activity by pulsed electrical stimulation的研究論文。該研究利用雙光子鈣成像技術，首次系統闡明了高、低頻脈沖電刺激對小鼠初級軀體感覺皮層（S1）不同層級、不同類型神經元的動態調控規律，揭示了電刺激重塑神經元節律而非單純改變神經元尖峰放電幅度的新機制。

電刺激技術（如深部腦刺激DBS、皮層電刺激等）已廣泛應用于神經科學研究及帕金森病、抑郁癥、慢性疼痛等臨床治療中。在臨床實踐中，刺激頻率是決定療效的關鍵參數。然而，不同頻率的電刺激如何在細胞層面上差異化調控神經元活性，其背后的機制一直不清楚。

該研究發現，總體上脈沖電刺激對皮層神經元具有普遍的激活作用。無論低頻還是高頻，其總體效應均表現為增強S1皮層中興奮性和抑制性神經元的鈣活動度。具體而言，脈沖電刺激對興奮性和抑制性神經元的作用因頻率和層級差異而存在區別。對于抑制性神經元，這種激活效應與頻率無關，高頻與低頻刺激均能顯著提升第2/3層抑制性神經元的鈣活動度，且受影響的神經元群體高度重合。與之不同的是，興奮性神經元在響應規律上呈現出明顯的層級異質性和頻率異質性。第2/3層的興奮性神經元對電刺激高度敏感，高頻刺激在刺激期間及結束后均能誘發強烈的鈣活動度升高。相比之下，施加低頻刺激時活動度增強延遲，僅在刺激停止后活動度才升高。第5層興奮性神經元對電刺激的作用存在更強的抵抗性。高頻刺激在刺激期間無法誘發整體活動度增加，僅在刺激停止后產生延遲激活效應；而低頻刺激在刺激期間甚至會導致鈣活動度降低。進一步，研究發現脈沖電刺激主要通過改變神經元的放電頻率而非放電振幅來發揮調控作用。除了單個神經元的放電頻率變化，電刺激還導致了神經元群體的放電同步性變化。在第2/3層興奮性神經元中，電刺激顯著降低了神經元間的同步性，而在第L5層興奮性神經元和2/3層抑制性神經元中，電刺激則增強了活動的同步性。這為臨床上電刺激如何通過強加穩定的頻率來治療神經元放電頻率異常相關的疾病，如慢性疼痛或帕金森病，提供了理論依據。

綜上，該工作闡明了脈沖電刺激調控皮層神經元的頻率與激活模式，有助于優化臨床刺激參數和開發針對特定神經環路的干預策略。

北京大學基礎醫學院博士生葉欣之、北京大學國際醫院副主任醫師王軍鋒為本文共同第一作者，孫琳琳研究員、王志燕教授和顧希垚教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、北京自然科學基金、北京大學人才基金、山東第一醫科大學人才基金、上海自然科學基金的資助。

原文鏈接：http://dx.doi.org/10.1002/mco2.70643