《Brain Research Bulletin》：Terahertz Radiation Affects the Dynamics of Neurons by Decreasing Membrane Area Ratio
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為探究太赫茲（THz）輻射對神經元形態和功能的影響及二者關聯，研究人員用 THz 輻射處理神經元，構建動力學模型分析。結果顯示，THz 輻射降低神經元胞質與突起膜面積比，改變放電模式等。這為神經退行性疾病治療提供新思路。
在科技飛速發展的今天，生命科學領域對于微觀世界的探索不斷深入，其中太赫茲輻射在生物醫學方面的研究逐漸成為熱點。太赫茲輻射（Terahertz radiation，THz）是介于微波和紅外光之間的電磁波，頻率在 0.1 - 10 THz。許多生物分子能與太赫茲波段的能量相互作用，這意味著它有可能影響生物分子的功能。然而，在神經元研究方面，盡管有研究表明太赫茲輻射能影響神經元的形態和動力學特性，但仍存在諸多未知。比如，太赫茲輻射對神經元形態的調控模式，尤其是短期累積輻射和長期輻射的影響尚不明確；神經元形態變化與放電特性之間的相關性也有待揭示。這些未知阻礙了太赫茲技術在神經醫學領域的進一步應用，因此，深入研究太赫茲輻射對神經元的影響迫在眉睫。
為了解決這些問題，國內研究人員開展了相關研究。他們聚焦于太赫茲輻射對神經元形態和功能的影響，通過一系列實驗和分析，取得了重要成果。該研究成果發表在《Brain Research Bulletin》上，為神經科學領域帶來了新的突破。
研究人員在開展此項研究時，運用了多種關鍵技術方法。首先，搭建了與神經元形態記錄兼容的太赫茲輻射系統，能夠精確控制太赫茲輻射的頻率、功率和時間。其次，采用原代神經元培養技術獲取實驗所需的神經元。然后，通過計算神經元膜面積比來量化神經元形態變化。最后，構建兩室錐體神經元模型（PR 模型），結合太赫茲輻射處理后的神經元形態參數，研究神經元的放電特性和突觸傳遞動力學。
在研究結果方面：
- 太赫茲輻射降低神經元胞質與突起膜面積比：研究人員使用窄帶高功率太赫茲波，以 20 分鐘 / 天的頻率對神經元輻射 3 天。通過對比輻射前和輻射 3 天內神經元胞質與突起膜面積比的變化，發現輻射第一天，該比值就顯著降低，且在后續輻射過程中持續低于初始狀態。這表明太赫茲輻射能明顯改變神經元的形態結構。
- 太赫茲輻射影響神經元放電動力學特性：將計算得到的神經元形態參數 p 耦合到 PR 模型中，研究人員發現太赫茲輻射改變了神經元的放電模式。在輻射第一天，對照組神經元呈周期性雙峰放電，而太赫茲組為周期性 3 峰放電；后續兩天，兩組的放電模式差異更為明顯。進一步分析發現，太赫茲輻射還降低了神經元簇間放電頻率和動作電位幅度，在第二天增加了簇內放電頻率。
- 太赫茲輻射影響神經元突觸傳遞動力學特性：分析太赫茲輻射對神經元突觸后電流的影響時發現，在輻射 1 - 3 天內，對照組神經元突觸后電流呈周期性雙峰放電，太赫茲組則分別為 3 峰和 4 峰放電。此外，太赫茲輻射還改變了突觸后電流的頻率、幅度、斜率和上升時間等參數，這些變化在輻射第一天和第二天較為顯著，第三天則無明顯變化。
在研究結論和討論部分，研究表明太赫茲輻射導致神經元胞質與突起膜面積比下降，這種變化在神經元生長周期中具有特定規律。太赫茲輻射通過降低膜面積比，改變了神經元的放電閾值，進而影響神經元的放電模式和動作電位特性。在突觸傳遞方面，太赫茲輻射增加了突觸后電流的幅度等參數，這可能與神經遞質釋放量、受體激活數量等生理過程相關。這些研究結果表明，太赫茲輻射有望成為一種新型的分子水平神經調節技術，為干預或治療神經元退行性疾病提供了新的方向。然而，目前研究仍存在一些局限，如僅研究了單一頻率和功率的太赫茲輻射對神經元的影響，未探討長期效應等。未來的研究可以在此基礎上，進一步拓展研究范圍，深入探究太赫茲輻射在神經醫學領域的應用潛力。
