帕金森病（PD）是一种慢性进行性神经退行性疾病，主要影响运动系统。该疾病的标志是黑质致密部（SNc）中多巴胺能神经元的退化以及纹状体中多巴胺的耗竭。这种多巴胺缺乏会破坏基底神经节回路，导致震颤、僵硬、运动迟缓和姿势不稳等典型症状。
越来越多的证据表明，基底神经节-丘脑-皮质网络的功能障碍在帕金森病病理中起着核心作用。这个网络对运动控制至关重要，其改变深刻影响运动皮层，这是自主运动的关键区域，也是治疗干预的一个有希望的目标。网络功能障碍的一个关键特征是皮质和皮质下振荡活动的中断。特别是伽马波段振荡对于运动规划和执行至关重要，因为它促进了运动皮层内的神经同步和通信。值得注意的是，帕金森病患者在基底神经节-丘脑-皮质网络中的伽马波段振荡显著减少，这与运动功能障碍和症状严重程度相关。
伽马波段振荡的产生和维持在很大程度上依赖于GABAA受体介导的抑制，主要由小清蛋白表达的中间神经元（PV-INs）调控。PV-INs是快速尖峰的GABAergic细胞，为锥体神经元提供强的近端抑制，调节皮质网络活动、兴奋/抑制平衡和同步振荡节奏。多巴胺耗竭已被证明会迅速减少纹状体中的PV表达，表明PV-INs早期出现突触功能障碍。在许多皮质区域，丘脑皮质传入纤维兴奋各种类型的抑制性中间神经元，但最强的丘脑驱动指向PV-INs。最近的研究显示，在帕金森病小鼠模型中，尽管丘脑皮质对PV-INs的招募保持完整，但皮质内抑制性突触传递发生了改变。这一发现引发了关于帕金森状态下M1抑制性回路在运动过程中作用的新问题。尽管有越来越多的证据将PV-IN功能障碍与基底神经节病理联系起来，但多巴胺耗竭对皮质PV-INs的影响及皮质网络重塑机制仍知之甚少。
在此，我们提供了6-羟基多巴胺（6-OHDA）小鼠模型中皮质功能障碍的全面功能和解剖学表征。通过结合纵向电生理记录、广域钙成像和组织学分析，我们研究了多巴胺能退化如何影响PV-IN网络连接、兴奋/抑制平衡和神经炎症反应。
我们揭示了随着时间推移，纹状体中δ波段相干性的增强和运动过程中超过100 Hz的调制增加。这种皮质网络完整性的逐步崩溃伴随着皮质PV-IN网络的中断，特别是在病理进展的后期阶段。这些变化与突触重塑、皮质囊泡标记物的兴奋/抑制失衡和运动皮层中小胶质细胞吞噬活性的增强有关。
这些发现重新定义了帕金森病作为一种网络疾病，并强调了皮质可塑性调节作为治疗策略的潜力。理解这些机制可能为开发旨在恢复皮质稳态和减缓疾病进展的干预措施开辟新途径。
结果
6-OHDA小鼠中受损的皮质和纹状体回路
为了诱导慢性和稳定的多巴胺能神经元丧失并模拟帕金森病（PD），我们将6-羟基多巴胺（6-OHDA）单侧注射到成年小鼠的纹状体中，而对照组小鼠（CNT）则接受了假手术和媒介注射。术后28天（DPL）进行酪氨酸羟化酶阳性（TH+）免疫组织化学评估，分别在黑质致密部（SNc）和尾壳核（CPu）进行。与先前的证据一致，损伤半球的SNc中观察到明显的TH+神经元损失，同时CPu中TH+纤维也显著减少。
我们使用圆筒测试纵向评估了运动缺陷。结果显示，6-OHDA损伤的小鼠前肢使用表现出显著的不对称性，表现为注射侧对侧爪子使用的减少且无任何恢复迹象。
电生理结果表明，多巴胺能退化可能影响更广泛的皮质网络连接。具体而言，6-OHDA小鼠运动皮层中ε波段调制的增加指出了由小清蛋白阳性中间神经元（PV-INs）介导的神经元动力学的补偿或不良适应变化。因此，我们使用广域（WF）钙成像纵向研究了6-OHDA注射后14至28天PV-INs功能性皮质连接的变化。
PV-Cre小鼠通过眼眶后注射PHP.eB血清型AAV表达GCaMP7f，在Cre依赖方式下进行。两周后，单侧立体定向注射6-OHDA到纹状体中生成PD小鼠模型（6-OHDA），对照组接受媒介注射（CNT）。然后从损伤后第14天开始连续三周每周进行WF成像和圆筒测试。病毒感染效率和特异性通过死后免疫组化检查验证，显示90%的PV+神经元成功转染了GCaMP，78%的GCaMP+神经元被有效识别为PV+神经元。这些发现证实PHP.eB转染实现了高效率和目标特异性。此外，还验证了对侧前肢使用的运动缺陷、SNc中多巴胺能神经元的损失以及CPu中多巴胺能纤维的损失，表现出与电生理组观察到的趋势相似。
体内成像实验在清醒、头部固定的14、21和28 DPL小鼠中进行，包括CNT (n = 6) 和 6-OHDA (n = 5) 组。去除了血红蛋白信号并应用全局信号回归以消除全局信号贡献。通过定义覆盖两个半球的22个感兴趣区域（ROIs）来纵向评估静息态功能连接（rs-FC）。计算每组的互相关矩阵，并通过比较每个时间点病变小鼠与健康对照的平均相关矩阵来量化CNT和6-OHDA组之间的rs-FC差异。结果显示，6-OHDA小鼠的PV-INs皮质功能网络异常，随着病理进展逐渐加剧，显示出低连通性和高连通性模式。
为了进一步研究皮质ε波段调制在6-OHDA处理小鼠中的潜在意义，我们评估了其与行为和细胞标记的相关性。观察到皮质ε功率与28天损伤后行为测试表现之间存在显著负相关，表明增加的皮质ε活动可能与运动功能缺陷相关。此外，皮质ε功率与SNc中TH+细胞数量以及纹状体中TH+纤维强度呈负相关，表明增加的皮质ε活动与多巴胺能退化相关。这些相关性提供了皮质频谱变化、细胞退化和运动障碍之间复杂相互作用的联系，突显了6-OHDA帕金森病模型中神经生理、行为和细胞适应之间的复杂关系。
多巴胺能神经元损失影响PV-INs功能性皮质网络
电生理结果表明，多巴胺能退化可能影响更广泛的皮质网络连接。特别是，6-OHDA小鼠运动皮层中ε波段调制的增加指向了由小清蛋白阳性中间神经元（PV-INs）介导的神经动力学的补偿或不良适应变化。因此，我们使用广域（WF）钙成像纵向研究了6-OHDA注射后14至28天PV-INs功能性皮质连接的变化。
PV-Cre小鼠通过眼眶后注射PHP.eB血清型AAV表达GCaMP7f，在Cre依赖方式下进行。两周后，单侧立体定向注射6-OHDA到纹状体中生成PD小鼠模型（6-OHDA），对照组接受媒介注射（CNT）。然后从损伤后第14天开始连续三周每周进行WF成像和圆筒测试。病毒感染效率和特异性通过死后免疫组化检查验证，显示90%的PV+神经元成功转染了GCaMP，78%的GCaMP+神经元被有效识别为PV+神经元。这些发现证实PHP.eB转染实现了高效率和目标特异性。此外，还验证了对侧前肢使用的运动缺陷、SNc中多巴胺能神经元的损失以及CPu中多巴胺能纤维的损失，表现出与电生理组观察到的趋势相似。
体内成像实验在清醒、头部固定的14、21和28 DPL小鼠中进行，包括CNT (n = 6) 和 6-OHDA (n = 5) 组。去除了血红蛋白信号并应用全局信号回归以消除全局信号贡献。通过定义覆盖两个半球的22个感兴趣区域（ROIs）来纵向评估静息态功能连接（rs-FC）。计算每组的互相关矩阵，并通过比较每个时间点病变小鼠与健康对照的平均相关矩阵来量化CNT和6-OHDA组之间的rs-FC差异。结果显示，6-OHDA小鼠的PV-INs皮质功能网络异常，随着病理进展逐渐加剧，显示出低连通性和高连通性模式。
为了进一步研究皮质ε波段调制在6-OHDA处理小鼠中的潜在意义，我们评估了其与行为和细胞标记的相关性。观察到皮质ε功率与28天损伤后行为测试表现之间存在显著负相关，表明增加的皮质ε活动可能与运动功能缺陷相关。此外，皮质ε功率与SNc中TH+细胞数量以及纹状体中TH+纤维强度呈负相关，表明增加的皮质ε活动与多巴胺能退化相关。这些相关性提供了皮质频谱变化、细胞退化和运动障碍之间复杂相互作用的联系，突显了6-OHDA帕金森病模型中神经生理、行为和细胞适应之间的复杂关系。
PV-IN密度和PV斑点环及形态在皮质层II/III的变化
图3：皮质层II/III中PV-IN密度和PV斑点环及形态。
A：冠状脑切片的代表性共聚焦图像，展示了PV-Cre小鼠大脑皮质中PV+细胞的分布，特别关注M2、M1和S1BF的层II/III。比例尺：500毫米。总PV+细胞密度。B：在M2中。C：在M1中。D：在S1BF中。无偏立体测量量化PV+细胞密度。E：用抗PV染色的皮质层II/III放大视图，用于对照组和6-OHDA组。比例尺：20微米。F：对照组和6-OHDA组半球间分析anti-PV荧光均值的斑点环，计算非PV阳性神经元细胞体周围的斑点环强度。比例尺：20微米。G：M2半球间分析对照组和6-OHDA组anti-PV荧光均值的斑点环。H：M1。I-K：归一化的PV斑点密度（每个PV-IN的PV斑点）在对照组和6-OHDA组皮质层II/III不同区域的半球间比较。I：在M2中。J：在M1中。K：在S1BF中。L：IMARIS半自动三维重建和定量形态分析PV-IN。比例尺：20微米。M：Sholl分析研究M1中PV-IN形态复杂性。N：对照组和6-OHDA小鼠M1中PV-IN总分支点的半球间分析。蓝色表示CNT n = 5，橙色表示6-OHDA n = 4。数据表示为均值±标准误。p ≤ 0.05；p < 0.01；p < 0.001；****p < 0.0001。另见补充图3和补充表3。
全尺寸图片
PV-IN密度的减少在半球间呈现对称分布，并且在皮质层间具有一致的均匀性。有趣的是，围绕非PV神经元的突触前斑点环的定量分析揭示了实验组之间的显著差异。在所有三个研究的皮质区域中，6-OHDA小鼠对侧半球中非PV神经元细胞体周围的斑点环强度显著降低。相比之下，6-OHDA小鼠同侧半球与对照组相比没有显著差异，并且在M1中，突触前斑点环密度甚至显得更高。这些结果揭示了一个差异：尽管PV-INs丧失，但抑制性突触接触似乎并未按比例减少。为了进一步研究这一假设，我们通过将PV斑点密度归一化到PV-IN密度来分析PV-IN减少与斑点环密度的关系。在M2中，6-OHDA小鼠的PV斑点密度/PV-IN密度比值在两个半球中均显著增加，表明存在强烈的补偿机制。在M1中，6-OHDA小鼠同侧半球的比率增加最为显著。相反，对侧半球的值与对照水平保持一致，表明缺乏补偿性上调。在6-OHDA小鼠的S1BF中，同侧半球的比率有增加趋势。然而，这种补偿与运动区域相比较为不明显。
我们的结果表明，尽管PV-INs的对称损失，它们的突触输出选择性地上调在同侧半球。这种不匹配表明存在一种补偿机制，可能涉及长程PV-INs形成的突触接触强度增加，以抵消失去抑制性神经元的影响。
为了评估PV-IN形态复杂性，我们进行了3D树突重建和3D Sholl分析，揭示了6-OHDA损伤小鼠同侧半球中PV-IN树突分支点的显著减少。这些发现表明，多巴胺耗竭可能导致PV-INs的树突萎缩，从而破坏局部回路组织，损害其维持抑制网络稳定性和募集长程连接的能力。
PV-INs功能性连接预测病理进展
我们随后旨在评估功能性连接（FC）作为6-OHDA PD模型中疾病进展的生物标志物的潜力。为此，我们首先整合了整个数据集，包括生理和组织学数据，并进行主成分分析（PCA）以确定两组是否可以清晰区分。实际上，PCA显示控制组（CNT）和6-OHDA组沿第一主成分（PC1）清晰聚类，占方差的46.5%。在对PC1贡献最大的所有特征中，FC数据排名靠前，与CPu中的斑点密度和损伤评估并列，突显了FC作为疾病进展描述符的相关性。为了进一步验证我们的发现，我们使用整个数据集和各种子集训练了支持向量机（SVM）分类器。当使用广域记录的FC数据训练时，分类器达到了令人印象深刻的89%准确率，而在打乱（引导）条件下，数据随机分配给动物时，性能下降到机会水平（50%）。随后，我们使用相关矩阵分析了整个数据集中的相关模式。该分析揭示了所测变量之间的正相关和负相关关系，观察到行为测量、FC参数和突触标记之间显著的强相关性。有趣的是，FC与其他参数之间的大部分相关性在右侧半球显著，对应于注射部位。在这个模式中一个有趣的例外是在后扣带回皮层中观察到的，值得进一步调查。考察特定相关性时，我们发现皮质区域的广域数据与行为测试中的表现显著相关，强调了其作为疾病进展生物标志物的潜力。这种关系在与运动处理至关重要的皮质区域尤为明显，其中PV-INs连接的变化密切反映了行为障碍。此外，PV-INs密度与广域数据之间存在显著相关性，表明抑制网络的结构变化与功能连接缺陷内在相关。总体而言，这些发现表明，尽管在6-OHDA模型中PV-INs密度在低连通性皮质区域减少，但同时发生的PV-INs突触连接重组——尤其是同侧半球——可能代表了一种补偿机制。这种重组提供了对PD模型中皮质功能障碍的宝贵见解，突显了神经元密度和突触适应在维持皮质网络稳定性之间复杂的相互作用。
多巴胺能神经元损失后运动皮层的兴奋/抑制不平衡和小胶质细胞反应
纹状体通过基底神经节回路间接与运动皮层通信，同时也受到直接皮层调制。鉴于我们观察到PV-INs连接性的改变——这对维持同步皮层活动至关重要——我们调查了多巴胺损失是否会引发运动皮层中兴奋/抑制（E/I）平衡或小胶质细胞的变化。为了评估突触完整性，我们分析了抑制性（VGAT）和兴奋性（VGLUT1，VGLUT2）神经传递的皮质囊泡标记。具体来说，我们量化了突触终端在层II/III神经元细胞体上的平均荧光强度，并通过评估围绕细胞体的囊泡标记作为突触环进一步检查突触完整性。我们的研究结果揭示了6-OHDA损伤小鼠皮质中显著的E/I不平衡，其特征是这些突触标记密度的显著变化，突显了应对多巴胺能退化的潜在补偿机制。
对于VGAT，表达水平保持稳定，未观察到显著变化，表明抑制性神经传递（以VGAT斑点环密度为代表）在群体水平上不受多巴胺损失的影响。抗VGAT荧光平均值的反半球分析证实了这一点，未显示动物组和半球之间的显著交互作用。相比之下，VGLUT1在同侧半球中显著增加，表明兴奋性突触传递在多巴胺能损伤后整体增强。反半球比较进一步强化了这一趋势，6-OHDA组同侧半球与对照组相比表现出显著差异。同样，VGLUT2表达在同侧半球显著上调，突显出6-OHDA模型中E/I不平衡主要由同侧半球斑点环平均荧光强度的增加驱动。新兴证据突出了基底神经节-丘脑-皮质网络功能障碍的核心作用。
考虑到PV-INs在皮质同步和半球间协调中的作用，我们研究了PV-IN密度和突触连接的潜在变化。通过分析浅层II/III中PV+神经元及其周围非PV神经元细胞体上的斑点环，我们识别出与多巴胺损失相关的抑制网络的变化。
PV+细胞密度通过将免疫标记的PV-INs分配到解剖学定义的皮质层进行分析，使用Hoechst核染色地标划分层II/III中的M2、M1和S1BF。分层定量显示，在所有检查区域中，6-OHDA组的PV-IN密度显著低于对照组，包括M2、M1和S1BF。NeuN阳性细胞密度的量化显示实验组之间没有显著差异，表明没有普遍的皮质细胞损失。因此，观察到的PV-IN信号减少可能是由于小清蛋白蛋白表达下调，而不是层II/III中PV表达神经元的丢失。
图3：皮质层II/III中PV-IN密度和PV斑点环及形态。
A：冠状脑切片的代表性共聚焦图像，展示了PV-Cre小鼠大脑皮层中PV+细胞在定义区域中的分布，特别关注M2、M1和S1BF的层II/III。比例尺：500毫米。总PV+细胞密度。B：在M2中。C：在M1中。D：在S1BF中。无偏倚立体定位定量PV+细胞密度。E：用抗PV染色的皮质高倍视图，针对CNT和6-OHDA组。比例尺，20 µm。F：M2中对照和6-OHDA组半球间分析抗PV荧光斑点环均值。G：M1中。H：S1BF中。I-K：对照和6-OHDA组半球中皮质区域的归一化PV斑点密度（每个PV-IN的PV斑点）。I：在M2中。J：在M1中。K：在S1BF中。L：IMARIS半自动三维重建和定量形态分析PV-INs。比例尺，20 µm。M：Sholl分析研究M1中PV-IN形态复杂性。N：对照和6-OHDA小鼠M1中PV-IN总分支点的半球间分析。蓝色表示CNT n = 5，橙色表示6-OHDA n = 4。数据表示为均值±标准误。p ≤ 0.05；p < 0.01；p < 0.001；****p < 0.0001。另见补充表3。
全尺寸图片
体内成像实验在清醒、头部固定的14、21和28 DPL小鼠中进行，包括CNT (n = 6) 和 6-OHDA (n = 5) 组。去除了血红蛋白信号并应用全局信号回归以消除全局信号贡献。通过定义覆盖两个半球的22个感兴趣区域（ROIs）来纵向评估静息态功能连接（rs-FC）。计算每组的互相关矩阵，并通过比较每个时间点受伤小鼠与健康对照的平均相关矩阵来量化CNT和6-OHDA组之间的rs-FC差异。结果显示，6-OHDA小鼠的PV-INs皮质功能网络异常，显示出低连通性和高连通性模式，这似乎随着时间逐渐加剧。
为了识别网络改变的主要特征，我们先研究了FC动态的整体情况，然后进一步将FC分为半球间或半球内的连接。6-OHDA组在所有时间点始终表现出比对照组更高的整体FC值，表明电路可能存在超同步化。这些差异随着时间增加，尽管对照组在整个过程中保持稳定，反映出对多巴胺能神经元损失的早期和急性反应。有趣的是，无论是对侧还是同侧半球的半球内连接都没有显示出显著的时间变化，表明单个半球内的功能连接更为稳定，受损伤影响较小。相比之下，6-OHDA小鼠中皮质区域间的经胼胝体通信显著中断，对所有时间点调查的网络变化做出了显著贡献。
聚焦于关键区域，我们发现双侧的次级运动皮层后部（MOs-p）和对侧初级运动皮层对多巴胺损伤表现出特别的抵抗力。相比之下，同侧初级运动皮层仍然是多巴胺破坏的主要受影响部位。值得注意的是，桶状野（S1BF）皮层在6-OHDA组中显示出显著的低连通性，尤其是在对侧半球。虽然不是多巴胺退化的直接目标，但S1BF受黑质纹状体通路的功能影响，并且对多巴胺损失敏感，这可能会影响胡须引导的触觉处理并导致感觉非运动症状。这些结果表明，S1BF在感觉整合中断中起作用，并可能成为帕金森病中感觉运动改变的基础。然而，其作用仍不够明确，需要进一步研究以澄清多巴胺损失对皮质的更广泛影响。
讨论
皮质网络动力学、正确的兴奋/抑制平衡和免疫反应可能是减缓帕金森病（PD）进展的有希望的目标。这项研究提供了令人信服的证据，表明在6-OHDA PD模型中，皮质下的多巴胺能退化不仅显著影响皮质-纹状体电生理耦合，还影响与抑制系统相关的功能性和解剖性皮质特征，特别是小清蛋白阳性中间神经元（PV-INs）。通过结合电生理记录、广域钙成像和组织学分析，我们揭示了响应黑质纹状体退化的皮质可塑性重塑机制。
6-OHDA PD小鼠模型主要诱导局部多巴胺耗竭，但它为早期帕金森病病理提供了有价值的见解。尽管与内侧前脑束（MFB）损伤模型相比，它较少用于研究皮质改变，但该模型中的皮质变化可能通过几种间接机制发生。这些包括基底神经节-丘脑-皮质回路的破坏、具有潜在长程效应的神经炎症反应、补偿性皮质可塑性以及非多巴胺能系统中神经调节张力的变化。这些机制很可能促成了我们在研究中观察到的结构和生理皮质变化，尽管直接皮质多巴胺损失有限。
对纹状体和运动皮层进行的电生理分析，重点在于它们在静息状态下的功能耦合，揭示了6-OHDA小鼠纹状体δ波段活动的显著增加，与之前的研究一致。虽然未观察到运动皮层在静息状态下的直接活动变化，但我们发现了随着病理进展，δ波段的皮质-纹状体相干性逐步增加。有趣的是，单独的纹状体δ功率增加并不能完全解释所观察到的皮质-纹状体相干性的增加，因为这些现象可以独立发生但仍相关。实际上，纹状体δ功率的升高反映了局部振荡活动的增加，而δ波段相干性的增加可能反映了更一致的相位关系、相关频谱幅度波动或皮质和纹状体之间的共享输入。这种区别表明，6-OHDA引起的神经退化驱动了皮质-纹状体通信的病理性同步，可能对帕金森病中的皮质网络动态产生破坏。
值得注意的是，我们没有检测到CNT和6-OHDA小鼠之间β波段活动的显著变化。这与更广泛的文献一致，表明β波段振荡（13-30 Hz）在小鼠PD模型中不像在人类或其他动物模型（如大鼠和非人灵长类）中那样显著升高。虽然β活动是PD患者、非人灵长类和大鼠的标志，但在小鼠中的表达更具变异性，通常较不明显。例如，已有报道显示在6-OHDA处理的小鼠皮质切片中以及在运动过程中β功率的增加。然而，几项研究未能观察到6-OHDA治疗后的这种增加，而是报告了δ波段低频活动的增强，与我们的发现一致。
这种变异性可能反映了不同物种间基底神经节-丘脑-皮质回路的差异，以及通常在小鼠6-OHDA模型中实现的多巴胺能神经元损失的程度。在我们的研究中，我们没有观察到受伤小鼠运动皮层中β波段功率的显著变化，与先前质疑β振荡作为小鼠PD模型中网络功能障碍生物标志物可靠性的报告一致。这些观察强调了跨物种解读电生理特征时需谨慎，并表明替代频率带，如低于5 Hz的低频，可能在小鼠中提供更有意义的读数。
在自发运动期间，我们观察到6-OHDA处理小鼠和对照小鼠之间的频谱调制存在显著差异。在6-OHDA小鼠的纹状体中，从最早的记录阶段开始，频谱调制基本上就不存在，表明神经毒素迅速破坏了与运动相关的皮质下振荡活动。相反，对照小鼠在自愿缩回任务期间表现出强大的纹状体频谱调制，突显了6-OHDA对纹状体功能的早期影响。
有趣的是，在对照小鼠中，纹状体和皮质的频谱调制在记录周内逐渐减少。对照小鼠中观察到的这种运动相关频谱调制的逐步减少可能反映了任务自动化和信号逐渐退化的双重现象。运动皮层中频谱功率的降低与学习运动过程中的事件相关去同步一致，可能表明随着任务变得熟悉，皮质招募更加高效。尽管整体趋势如此，我们在6-OHDA小鼠运动皮层的ε范围内观察到了相反的模式，其中ε功率在整个记录周内逐步增加。这种增强的ε波段调制可能反映了网络超同步或靠近电极尖端的神经元放电增加，可能是由于PV-IN损失后抑制性张力的降低。据报道，γ振荡是由兴奋性锥体神经元和抑制性中间神经元（尤其是PV阳性细胞）之间的平衡相互作用产生的，后者在30-80 Hz范围内生成同步活动。相反，ε波段活动（>100 Hz）被认为反映了一种不同的生理机制，通常与局部群体放电增加或异步高频事件相关，而不是结构化的E-I耦合。因此，去抑制驱动的主神经元过度活跃可能导致这里观察到的ε功率增加，尽管PV-IN损失。解开这些机制需要未来的研究结合尖峰排序单元记录来追踪6-OHDA引起的黑质纹状体退化过程中PV中间神经元的活动。这些发现强调了皮质和皮质下动力学在PD病理中的双重作用，其中运动皮层经历了频谱变化以补偿纹状体功能障碍。事实上，从M-Platform提取的关于缩回任务期间运动表现的参数显示，尽管在整个记录阶段平均力量输出保持不变，但在病理晚期力量曲线下的面积（AUC）显著增加。这一参数表明力量分布更为分散，这是一种运动改变形式，但也可以视为完成任务的补偿机制。出于同样的原因，ε功率的增加可能代表一种不良适应或补偿性的可塑性安排。然而，频谱模式的逐步分化，特别是运动期间ε调制的上升，突显了这些补偿可能的不良适应性质。
先前的研究表明，PV-INs是皮质抑制控制的关键调控者，并建议由PV-INs调控的伽马振荡促进皮质运动区的突触可塑性。因此，我们使用广域钙成像纵向研究了PV-INs皮质网络的变化。电生理和成像分析显示，尽管病理表型随时间保持稳定，但功能性连接（FC）却逐渐恶化，最显著的变化出现在损伤后28天。关键的是，半球间连接在早期时间点已受到强烈影响，表明多巴胺损失对半球间的皮质通信影响大于半球内连接。聚焦于关键区域，我们发现双侧的后部次级运动皮层（MOs-p）以及对侧初级运动皮层对多巴胺损伤表现出特别的抵抗力。相比之下，同侧初级运动皮层仍然是多巴胺破坏的主要受影响部位。值得注意的是，桶状野（S1BF）皮层在6-OHDA组中显示出明显的低连通性，尤其是在对侧半球。虽然不是多巴胺退化的直接目标，但S1BF受黑质纹状体通路的功能影响，并且对多巴胺损失敏感，这可能会影响胡须引导的触觉处理并导致感觉非运动症状。这些结果表明，S1BF在感觉整合中断中起作用，并可能成为帕金森症患者感觉运动改变的基础。然而，其作用仍然知之甚少，需要进一步研究以阐明多巴胺损失对皮质的更广泛影响。
PV-IN密度、形态和突触连接的改变揭示健康半球在补偿机制中的作用
尽管我们的发现表明半球间通信的中断，但进一步研究PV-IN密度、形态和突触连接提供了对健康半球在重塑PV-IN皮质网络补偿机制中作用的重要见解。我们的发现表明，两侧半球细胞体中小清蛋白表达的减少是皮质可塑性重新开放的间接信号。PV-INs与其他类型的抑制性中间神经元一起被认为是可塑性的“制动器”，其减少已被确定为康复引起的运动改善标志物和皮质可塑性重新开放的基础，后者是网络重组和功能恢复的基础。这与广域实验揭示的两半球PV-IN连接的功能重组一致。事实上，尽管半球和皮质层中PV-IN密度对称减少，我们在损伤同侧半球中观察到抑制性突触输出的选择性上调，特别是在初级和次级运动皮层中尤为显著。有趣的是，对侧半球中围绕非PV神经元的PV中间神经元终端的Parvalbumin荧光表达在6-OHDA注射动物中较低。这可能是由于同侧半球中具有长程投射的PV细胞中Parvalbumin表达降低的直接后果。相反，注射半球中层II/III非PV神经元上的PV斑点有增加的趋势，这在M1中显著，可能表明来自对侧半球的PV投射增强。这与初级运动皮层中PV-INs的3D树突重建和Sholl分析一致，显示同侧半球层II/III中树突分支的显著减少。相比之下，对侧半球中的PV-INs显示出增加的树突分支复杂性。这些发现表明半球间控制发生了转移，对侧半球通过增强长程连接和突触整合来补偿功能缺陷。
皮质层II/III中的PV-INs拥有相对较长的轴突，接触兴奋性（锥体）和PV+细胞，促进γ振荡的同步。这些同步振荡对于运动规划和执行至关重要，暗示通过长程锥体神经元，特别是层II/III中的那些，可能对半球间通信产生间接影响。
最近在内侧前脑束（MFB）损伤引起6-OHDA病变的小鼠脑切片上进行的实验表明，当用td-Tomato病毒标记时，M1中的层V PV-INs在数量、形态和膜特性方面没有变化。这与我们的发现一致，表明6-OHDA小鼠的整体细胞数量没有变化，而细胞体和斑点环中的Parvalbumin蛋白表达发生了改变。这可能意味着多巴胺损失可能改变了PV-INs的钙结合特性，从而导致局部和长程连接受损，并最终导致皮质振荡失衡。
这种PV-IN分布和突触活动的变化突显了抑制网络更广泛的破坏，不仅限于PV-IN细胞体，还扩展到其突触靶标。这种破坏可能损害抑制控制机制，影响对皮质网络稳定性至关重要的γ振荡的生成和维持。这些结构变化与功能性连接缺陷相符，强调了PV-IN完整性在维持皮质稳定性中的重要作用。此外，我们的研究结果有助于更全面地理解PD模型中的皮质功能障碍，突显了神经元密度和突触调整在调节皮质网络稳定性之间的复杂关系。
总体而言，我们的结果表明，多巴胺损失不仅导致PV-IN介导的皮质-皮质通信的崩溃，反而触发了对侧半球的不对称增益功能适应，可能作为一种机制来抵消运动和感觉缺陷。
6-OHDA小鼠同侧半球中树突分支点萎缩和多巴胺能系统退化后随之发生的结构重组及皮质下对运动皮层的支配减少，通过增强的突触强度得到补偿。总的来说，观察到的对称性PV细胞体减少可能反映了这些神经元的广泛脆弱性。局部来看，在同侧半球内，PV-PV回路之间连接性的减少和树突复杂性的下降可能限制PV-IN的功能，潜在损害抑制控制机制。这可能需要补偿性突触重塑，比如增加PV-to-non-PV连接。这些变化可能促成皮质网络不稳定和振荡活动的改变，可能加剧帕金森病典型的运动缺陷。
观察到的变化与先前报告的神经退行性疾病中PV-INs的脆弱性一致，并强调了它们作为PD治疗靶点的重要性。PV-INs的丧失在维持兴奋/抑制平衡中起着核心作用，可能会加剧皮质过度兴奋并导致本研究中观察到的E/I不平衡。事实上，组织学分析揭示了兴奋性和抑制性突触标记之间的深刻不平衡，兴奋性驱动力的增加可能补偿了初级运动皮层中的多巴胺能损失。虽然VGAT水平（抑制性突触标记）保持稳定，但VGLUT1和VGLUT2（兴奋性突触标记）显著上调。值得注意的是，突触中PV表达的显著减少不会改变VGAT表达水平，可能表明抑制网络的多个组成部分涉及补偿机制。此外，我们的结果显示VGLUT1/2在包围单个神经元胞体的突触点上的表达增加。这种聚焦分析使我们能够专门评估轴体突触联系，这对调节神经元输出至关重要，与包括各种突触类型在内的全视野方法形成对比。这种不平衡加剧了皮质过度活跃并扰乱了正常的运动处理。这表明皮质过度活跃是对皮质下退化的补偿性反应。有趣的是，这种E/I不平衡
(全文结束)