讓大腦“同頻共振”，致幻劑或助孤獨癥治療

科學家已經發現，在社會交往中，互動者的大腦會“同頻共振”，產生“同步”的神經元放電活動。不僅是人，小鼠、蝙蝠和猴子等動物在同種個體間互動時，它們的大腦也會“同步”。

“這些都說明，互動中的大腦并不是單獨工作的，而會與其他的大腦形成一個相互關聯的系統。”中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員、湖北大學生命科學學院教授張永清近日在接受《中國科學報》采訪時介紹說，“大腦間的同步程度，不僅能反映社會交往中大腦間的神經耦合程度，還能反映互動者之間的默契程度及其交流的質量和效果。”

那么，不同物種之間是否存在腦同步現象呢？張永清與國內外合作者研究發現，答案是肯定的。研究還發現，致幻劑或有助治療孤獨癥引發的跨腦同步化缺陷。相關研究9月11日以封面論文形式發表于《先進科學》期刊。

致幻劑挽救孤獨癥突變犬跨腦同步化缺陷。受訪者供圖

人犬大腦也能“同頻共振”

跨腦同步化，即同物種不同個體間神經活動的同步，代表了社交互動的神經基礎。“社交互動中的大腦同步化現象在過去20年內才開始受到重視，且以往的研究主要集中在同物種個體之間，而不同物種的個體之間是否存在腦間活動的耦合尚不清楚。”張永清說。

人類和狗之間獨特的依戀關系有助于回答這個問題。“狗是人類最早馴化的動物，人類和狗之間的交流已經進化了3萬多年。在現代社會，狗已經成為許多家庭不可或缺的成員，為人們提供陪伴與情感支持。人類和狗之間的交流水平是貓等許多家養動物或伴侶動物難以達到的。”論文第一作者、張永清的博士生任煒對《中國科學報》說。

狗與人類的互動親密有效。那么，這一種間個體社會交流的神經基礎是什么？兩個物種個體的腦神經如何關聯耦合？

為了回答這些問題，研究者給參試者和實驗室的比格犬戴上了“腦電帽”，并通過這種非侵入性無線腦電圖（EEG）技術記錄兩者社交互動過程中的大腦活動。“這種技術可以幫助我們理解不同形式的社交互動如何影響腦電同步，比如撫摸、眼神交流和語言交流等。”張永清說。

據此，研究者發現人犬大腦也可以“同頻共振”，而且人與犬之間的腦電活動具有空間特異性。“比如互相凝視可以誘導犬與人大腦前額葉的神經活動的同步化，而撫摸則可以誘導大腦頂葉區域神經活動的同步化。”任煒說。

隨著研究的深入，研究團隊發現隨著互動時間的增加，家犬與人腦電同步化的程度也在提高。同時，在腦電同步化中，可以看到作為主導者的人類的腦電活動通常先啟動，隨后追隨者犬類會響應。“這種關系類似于師生互動，學生通常會跟隨老師的引導。”張永清說。

這是科學界首次證明不同物種個體間社交互動時存在大腦同步化現象。其意義不止于此。

打開孤獨癥“黑匣子”

了解跨物種的大腦同步化現象，張永清團隊的目的是了解個體間在社交互動時的大腦動態，探索孤獨癥（又稱自閉癥）的神經生物學基礎。

孤獨癥的成因是《科學》雜志公布的國際公認的125個重大問題之一。孤獨癥的群體主體是兒童，據世界衛生組織統計，全世界大約每100名兒童中就有一人患孤獨癥，該病成因復雜，目前尚無明確的醫學診斷指標和治療手段。

孤獨離群、互動困難、注意力不集中……患有孤獨癥的兒童因為社交障礙，就像夜空中的星星一樣，獨自閃爍，活在自己的世界里。

為了幫助這些“星星的孩子”，張永清放棄研究了20多年的經典模式動物果蠅，在2023年與合作者用基因編輯技術建立了國際上首個家犬孤獨癥模型，希望能夠打開孤獨癥的“黑匣子”。

現在，研究者發現，孤獨癥突變犬表現出明顯的社交障礙，突變犬在與人類互動中腦電同步化水平下降，特別是在頂葉和前額葉。“這說明基因突變導致它們大腦在社交活動中無法正常接收和處理信息。”任煒說。

他表示，孤獨癥突變在社會互動中的大腦活動耦合功能被破壞，可能是由于Shank3基因突變導致家犬大腦突觸結構不穩定，進而影響了神經元之間的連接造成的。Shank3是孤獨癥患者最常見的突變基因，孤獨癥突變犬則選擇性地敲除了部分該基因。

“我們的另外一個研究證據也支持這一結論：在Shank3突變犬中，光刺激導致會導致其瞳孔收縮變慢和減少，表明影響神經信號處理效率受損。”任煒說。

基于此，研究團隊嘗試用致幻劑麥角酸二乙酰胺（LSD）對此進行干預，發現其對突變犬表型有顯著的挽救效果，提示具有改善孤獨癥社交障礙的臨床轉化潛力。

此前的研究表明，致幻劑對精神類疾病有潛在的治療作用，包括對抑郁癥的治療。最近的研究還表明LSD等致幻劑能夠增強小鼠的社交行為，重新打開小鼠社會獎勵學習的關鍵期。現在，張永清和合作首次發現單劑量的LSD能挽救Shank3突變犬受損的腦間耦合和注意力，這表明LSD可能改善孤獨癥人群的社交行為。

開啟治療新范式

從發現人與狗大腦之間神經元活動的同步化，到了解孤獨癥突變犬腦電同步現象的破壞，再到揭示LSD可以挽救這種破壞，國際審稿人對這項研究的創新性給予了高度評價。

“這些是跨物種個體間腦功能耦合的令人興奮的發現！”一位審稿人說，“研究者論證了相互凝視和撫摸能有效地誘發這種耦合，證據令人信服。”

另一位審稿人也認為這是一項“引人入勝的研究”，特別是研究者發現LSD對Shank3突變犬社交行為的有益影響，為使用致幻劑治療精神疾病和精神障礙提供了新的證據。

任煒表示，目前孤獨癥的治療主要依賴于行為干預，仍然缺乏有效的藥物治療。他們希望基于這項研究，進一步尋找具有治療效果而不引起嚴重幻覺反應的藥物，并通過腦電同步化指標來評估藥物的有效性，幫助改善孤獨癥患者的社交障礙。

張永清表示，目前不同物種個體間大腦同頻共振的分子機制以及LSD等致幻劑改善腦電同步化的相關機制尚不清楚，下一步仍需開展更多深入研究。他希望通過這項研究為干預孤獨癥提供了一個新的實驗范式，探索不同個體之間社交互動的神經機制，測試更多能夠改善大腦同步化并最終改善社交行為的藥物。

“這一候選藥物不僅限于孤獨癥，還可以擴展到其他精神疾病的干預治療中。我們希望該研究能夠有助于找到更多安全有效的干預方法，為患者帶來希望。”張永清說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1002/advs.202402493