俗话说：眼睛是心灵的窗户。这里的心灵，无论是从解剖结构上说，还是从功能上来说，都指的是大脑。透过这扇 “窗户”，不仅可以让我们看到外面的世界，甚至还可以对内部进行“修理”。据研究报道，视觉刺激（如一定频率的闪烁光）对神经功能具有一定的保护作用，有助于改善小鼠认知功能[1]。
受此启发，科学家们试图通过经角膜电刺激（TES，一种治疗视网膜和视神经疾病的非侵入性治疗方法，除了可激活与视觉相关的皮层外，还可激活前额叶皮质、颞下回和海马旁回[2]），对动物进行干预来治疗脑部疾病（如抑郁症等），然而，其结果缺乏一致性，且所用电刺激强度过高，造成了动物的高死亡率[3, 4]。
近日，来自香港大学的林礼伟（Lee Wei Lim）教授团队和香港城市大学的陈俪行（Leanne Lai Hang Chan）教授团队，成功通过经角膜电刺激（频率20Hz，脉冲宽度1ms，振幅100、200或500 μA）改善了大鼠的抑郁症[5]和小鼠的认知功能[6]，为抑郁症和痴呆的治疗提供了可能的新方法，相关研究分别发表于Brain Stimulation和Annals of the New York Aacdemy of Sciences上。
【资料图】
下面，让我们以TES治疗抑郁症为例来看一下相关研究结果吧。
论文首页截图
为了研究TES对抑郁的治疗作用，研究人员首先对S334ter-line 3大鼠（视网膜变性，大鼠抑郁模型）和健康对照大鼠进行了不同振幅的TES（100 μA、200μA和500μA）治疗。相比于健康大鼠的sham（假处理）组，S334ter-line 3大鼠的sham组具有运动能力降低，焦虑样行为增多的抑郁症表现，而TES治疗展现出明显的抗焦虑效果，表现为圆筒实验中活动的增加和进食频次的增加。
在另外三项行为学实验——旷场实验、家庭笼逃逸实验以及强迫游泳实验中，TES也都表现出明显的抗焦虑作用。
虽然S334ter-line 3大鼠的视网膜相比于健康大鼠明显更薄（视网膜外丛状层、外核层、内外光感受器的连接部丢失，内核层厚度显著降低），而TES治疗也并没有改善这一情况，但在直接刺激S334ter-line 3大鼠视网膜后在上丘所测得的电诱发电位，与健康大鼠相比并无明显差异。这表明从视网膜到上丘的视觉通路在S334ter-line 3大鼠和健康大鼠中都完好。
紧接着，研究人员在另一种大鼠抑郁症模型——CUS（慢性不可预知压力）大鼠模型中测试了TES的治疗效果：在蔗糖偏好实验中，CUS大鼠对蔗糖水的偏好明显降低，即享乐行为的减少，而200μA的TES能有效恢复CUS大鼠的蔗糖水偏好。
鉴于神经可塑性改变与抑郁症的发展密切相关[7]，且据报道，增强的神经可塑性是各种脑电刺激方法的共同作用机制[8]。因此，研究人员还研究了神经可塑性在TES治疗效应中的潜在作用。
研究者对CUS大鼠注射替莫唑胺（TMZ，一种抑制神经发生的烷化剂），然后再进行TES治疗，结果发现TES不能有效地恢复CUS大鼠的蔗糖水偏好，表明TES促进享乐行为的作用依赖于神经发生机制。但在圆筒实验中，无论是否使用TMZ，TES均可减少大鼠的不活动时间，表明TES的抗绝望作用是通过一种非神经发生的机制实现的。
研究人员还研究了CUS大鼠中TES对皮质醇（一种主要的应激激素）水平的影响，结果显示，CUS大鼠血浆皮质醇浓度显著高于对照组，而TES治疗可有效降低CUS大鼠的皮质醇水平。与单独使用TES相比，TMZ+TES治疗的CUS大鼠皮质醇水平升高，达到与未经任何治疗的CUS大鼠相当的水平。
为了进一步探究TES治疗抗抑郁的作用机制，研究人员对CUS大鼠脑部海马区神经发生相关标记物的基因表达进行检测，结果发现相比于正常大鼠，CUS大鼠的Ki67（与细胞增殖相关）和Dcx（与神经元迁移、分化相关）基因表达减少，而经TES治疗后，CUS大鼠海马区Ki67的表达恢复。此外，与CUS大鼠和健康对照大鼠相比，经TES治疗的CUS大鼠Nestin（神经上皮干细胞标记物）的表达更高，而注射TMZ可抑制TES诱导的CUS大鼠Ki67和Nestin的表达上调。
TES的抗抑郁效应与CUS大鼠神经发生相关标记物之间的相关性分析表明，Ki67与Nestin表达呈正相关，且蔗糖偏好实验中CUS大鼠对蔗糖偏好与Ki67和Nestin的基因表达也呈正相关，表明神经发生与TES促进享乐行为的作用为正相关。而圆筒实验中大鼠的不活动时间与Ki67和Nestin的基因表达无相关性，这与TES的神经发生非依赖性抗绝望作用的行为学结果一致。
最后，研究人员检测了TES治疗后CUS大鼠海马和杏仁核神经突触可塑性相关蛋白和凋亡相关蛋白的变化：
在海马，与健康对照大鼠相比，CUS大鼠pAKT/AKT蛋白比值升高，SYP蛋白表达降低，而TES治疗则逆转了这些变化。此外，与健康对照大鼠和未治疗CUS大鼠相比，TES治疗组CUS大鼠的BAX（促凋亡）蛋白表达也明显降低。
在杏仁核，与健康对照大鼠相比，CUS大鼠pAKT/AKT蛋白比值同样升高，pPKA/PKA蛋白比值和SYP蛋白表达降低，而PSD95和BAX表达升高，而TES能有效地逆转CUS引起的pPKA/PKA比值、PSD95和BAX的变化。
以上结果表明，TES在CUS大鼠模型中诱导了神经可塑性相关蛋白的上调，导致突触可塑性增加，并减少了海马区和杏仁体中的细胞凋亡，从而起到抗抑郁作用。
TES在CUS大鼠模型中诱导了神经可塑性相关蛋白的上调，导致突触可塑性增加，并减少了海马区和杏仁体中的细胞凋亡，从而起到抗抑郁作用
在相关的TES治疗痴呆的文章中，研究人员使用类似的方法，证明了TES治疗可减少雄性5XFAD小鼠（AD小鼠模型）的海马淀粉样斑块的沉积，显著逆转雄性5XFAD小鼠海马区PSD95蛋白的下调，从而改善小鼠认知。
总的来说，这两项研究证明了TES对于神经相关疾病治疗（尤其是精神疾病以及认知障碍相关疾病）的潜力，是非常有意义和有趣的研究，但可惜的是，这两项研究尚未在人体试验中得到验证，治疗的相关参数、有效性及安全性仍需进一步探索，其距离进入临床可能还有一段距离。
参考文献：
1.Adaikkan C, Middleton SJ, Marco A, Pao PC, Mathys H, Kim DN, Gao F, Young JZ, Suk HJ, Boyden ES et al: Gamma Entrainment Binds Higher-Order Brain Regions and Offers Neuroprotection. Neuron 2019, 102(5):929-943 e928.doi:10.1016/j.neuron.2019.04.011
2.Xie J, Wang GJ, Yow L, C JC, Humayun MS, Weiland JD, Lazzi G, Jadvar H: Modeling and percept of transcorneal electrical stimulation in humans. IEEE Trans Biomed Eng 2011, 58(7):1932-1939.doi:10.1109/TBME.2010.2087378
3.Albertini G, Walrave L, Demuyser T, Massie A, De Bundel D, Smolders I: 6 Hz corneal kindling in mice triggers neurobehavioral comorbidities accompanied by relevant changes in c-Fos immunoreactivity throughout the brain. Epilepsia 2018, 59(1):67-78.doi:10.1111/epi.13943
4.Koshal P, Kumar P: Effect of Liraglutide on Corneal Kindling Epilepsy Induced Depression and Cognitive Impairment in Mice. Neurochem Res 2016, 41(7):1741-1750.doi:10.1007/s11064-016-1890-4
5.Yu WS, Tse AC, Guan L, Chiu JLY, Tan SZK, Khairuddin S, Agadagba SK, Lo ACY, Fung ML, Chan YS et al: Antidepressant-like effects of transcorneal electrical stimulation in rat models. Brain Stimul 2022, 15(3):843-856.doi:10.1016/j.brs.2022.05.018
6.Yu WS, Aquili L, Wong KH, Lo ACY, Chan LLH, Chan YS, Lim LW: Transcorneal electrical stimulation enhances cognitive functions in aged and 5XFAD mouse models. Ann N Y Acad Sci 2022.doi:10.1111/nyas.14850
7.Pittenger C, Duman RS: Stress, depression, and neuroplasticity: a convergence of mechanisms. Neuropsychopharmacology 2008, 33(1):88-109.doi:10.1038/sj.npp.1301574
8.Huang Y, Li Y, Chen J, Zhou H, Tan S: Electrical Stimulation Elicits Neural Stem Cells Activation: New Perspectives in CNS Repair. Front Hum Neurosci 2015, 9:586.doi:10.3389/fnhum.2015.00586
