皮质θ波（4–10Hz）和γ波（30–100Hz）振荡被认为在众多认知过程中发挥重要作用，并可能与焦虑、精神分裂症、自闭症等精神疾病相关。本文综述了这些振荡的背景信息及其在精神疾病中的潜在作用，重点介绍了近期光遗传学研究的发现：1）表达钙结合蛋白小白蛋白（PV）的特定抑制性中间神经元在γ振荡中起核心作用；2）γ振荡可驱动锥体神经元的节律性放电；3）θ波和γ波频率的节律性放电可增强神经元间的通讯。最后，讨论了这些发现与精神疾病病理生理学的关联及未来研究方向。
关键词：γ波、中间神经元、光遗传学、振荡、同步性、θ波
一、引言
皮质振荡是神经元群体在脑区内或脑区间同步的节律性活动模式，可通过头皮/颅内脑电图、局部场电位（LFP）、多单元记录、单细胞记录及单个神经元膜电位的亚阈值波动等多种水平观测。根据频率，皮质振荡分为δ波（0.5–4Hz）、θ波（4–10Hz）、α波（8–12Hz）、β波（10–30Hz）和γ波（30–100Hz）（1）。特定频率和脑区的振荡常出现于睡眠、认知任务或感觉刺激过程中，并与任务难度或表现相关（2,3）。例如，啮齿类动物的焦虑相关行为与θ波活动相关，提示振荡可能参与认知功能或焦虑等行为状态的调控。
二、θ波与焦虑
杏仁核、海马和前额叶皮层（PFC）间同步的θ波被认为与焦虑相关。大鼠恐惧条件反射实验显示，条件刺激可诱发杏仁核θ频率活动，与僵住行为相关，并与海马节律活动同步（4）。抗焦虑药物可降低海马θ波频率（5），而缺乏5-HT1A受体的小鼠在焦虑环境中表现出焦虑相关行为增加及海马和PFCθ波增强（6,7）。近期研究进一步发现，小鼠内侧PFC与腹侧海马的θ频率同步性可预测其对开放场或高架十字迷宫中焦虑区域的回避行为（7）。这些结果支持焦虑状态与杏仁核、海马、PFC间θ波同步相关的假说。此外，前额叶θ波还参与工作记忆（2,3,8），其异常可能导致精神分裂症的工作记忆缺陷（9）。
三、γ波与正常认知及精神分裂症
大量研究表明，γ波参与注意力（10–12）、感知（13）和工作记忆（3,14）等认知功能。早期假说认为，γ波通过同步编码同一刺激不同特征的神经元放电，实现“感知绑定”（15,16）。尽管直接证据有限，但近期研究发现功能性磁共振成像（fMRI）的血氧水平依赖（BOLD）信号与局部γ波功率强相关（17），而与spike活动相关性较弱（18），与低频波段功率负相关（19）。这提示BOLD信号共变网络可能反映γ波在这些区域的共现，尽管BOLD时间分辨率不足以证明精确同步，但支持γ波通过协调脑区间相互作用参与认知的观点。人类（12,13）和猴（20,21）的行为研究也观察到长程γ同步，但具体机制尚不明确。
γ波参与的认知过程在精神分裂症中受损，提示γ波异常可能导致认知功能障碍及其他症状（23）。多数研究显示，精神分裂症患者在感觉刺激或认知任务中γ波功率或同步性降低（24–30），且异常程度与认知障碍严重度相关（25,28）。然而，部分患者（如伴幻听者）表现出β波和γ波功率或同步性增加（31–33），提示γ波异常可能与阳性症状相关。
四、皮质γ波与小白蛋白中间神经元的关系
精神分裂症的γ波异常被认为与表达小白蛋白（PV）的抑制性中间神经元功能障碍相关。PV中间神经元占皮质抑制性神经元的40%，具有“快放电”电生理表型（>200Hz，最小频率适应）。精神分裂症患者死后脑组织（尤其是PFC）中PV中间神经元的GAD67（合成GABA的酶）表达几乎检测不到，提示神经元功能低下，同时伴突触后GABA受体增加和转运体减少，可能为GABA释放不足的代偿（23,34–38）。PV中间神经元功能障碍可能与NMDA受体功能低下（39–41）或氧化应激（42）等精神分裂症相关因素有关。
五、PV中间神经元在γ波生成中的作用
多项证据支持PV中间神经元对γ波的关键作用：
1.放电节律性：仅PV中间神经元在γ波每个周期均节律性放电（43–45）；
2.网络自主性：离体PV中间神经元网络可产生γ波，而阻断抑制性突触会破坏脑片中的γ波和锥体神经元节律性放电（46）；
3.突触连接：PV中间神经元通过化学和电突触互联，使γ频率放电可通过连接传递（47–49）；
4.靶向作用：PV中间神经元靶向锥体神经元胞体周围区域，场电位记录显示该区域为γ频率电压波动的起源（50）；
5.遗传干预：敲除PV中间神经元的兴奋性突触可抑制海马γ波（51）。
六、光遗传学研究对γ波机制的揭示
光遗传学工具的应用进一步证实了PV中间神经元的作用：
①1.PV中间神经元对γ波的必要性与充分性
·Cardin等人（66）：在体感皮层选择性激活PV中间神经元（而非锥体神经元），发现30–60Hz光刺激可特异性增强γ波段LFP功率，并驱动锥体神经元同步放电，表明PV中间神经元可在体生成γ波。
·Sohal等人（67）：抑制PFC的PV中间神经元可使诱发γ波功率降低20%，证实其为γ波的主要贡献者。
②2.γ波对神经信息处理的影响
·同步化作用：40Hz光刺激PV中间神经元可使锥体神经元放电集中于低抑制相位，提高whisker刺激反应的spike时间precision（66）。
·信息传递增强：θ（~8Hz）或γ（~40Hz）节律性放电可增加神经元对输入信息的编码效率，提示节律同步可能通过动态调节脑区通讯影响认知（67）。
七、对精神疾病病理生理学的启示
PV中间神经元功能低下导致的γ波异常可能通过以下机制参与精神分裂症：
1.脑区通讯障碍：γ波同步性降低可能破坏脑区间信息传递，如自我监控相关的“伴随放电”信号异常，导致幻听（28,76,77）；
2.异常γ波增强：过度同步的γ波可能将无关信号误判为显著刺激（如幻听），或因“天花板效应”阻碍认知过程中的γ波募集。
八、未来研究方向
1.θ波机制：探索θ波生成的细胞和网络机制；
2.中间神经元亚型：研究非PV中间神经元及PV亚型（如篮状细胞、吊灯细胞）的作用；
3.长程同步：利用光遗传学调控特定脑区振荡，探索跨区域同步机制；
4.行为研究：通过光遗传学控制γ波，在精神疾病模型中验证其对症状的影响（如社交行为、认知功能）。
结论
光遗传学研究证实PV中间神经元是γ波的核心调控者，γ波通过同步放电增强神经通讯效率。γ波异常可能是精神分裂症等疾病中脑区通讯障碍的关键机制。未来研究需进一步揭示振荡的细胞环路基础，为开发靶向治疗策略提供依据。
（注：图表及参考文献部分因篇幅限制未完全呈现，完整内容请参考原文。）
