弗吉尼亚理工大学与弗吉尼亚理工大学弗雷林生物医学研究所的科学家在《神经创伤杂志》上发表文章称，指定神经刺激的时间模式(用于激活大脑自身电信号机制的脉冲)可以重新平衡神经细胞之间突触连接的强度，有选择地上调或下调这些连接。
虽然电信号的时间模式对于正常大脑很重要，但它也能调节脑损伤后突触连接的强度，特别是用相同的模式来加强这些连接，否则正常大脑中的连接就会被削弱。
这项研究强调了考虑使用更自然、更嘈杂的活动脉冲模式进行神经刺激的重要性，以便更有效地治疗脑部疾病，包括但不限于脑震荡和其他轻微的创伤性脑损伤。根据美国疾病控制和预防中心的数据，美国急诊室每年治疗的头部创伤超过 210 万例，还有许多其他此类伤害是在没有医疗救治的情况下发生的。
“我们的研究结果表明，我们或许能够使用不同的脑刺激模式来帮助治疗轻度创伤性脑损伤，”迈克尔·弗里德兰德 (Michael Friedlander) 说道，他是这篇论文的共同通讯作者，这项研究就是在他的实验室进行的。弗里德兰德是弗吉尼亚理工大学弗拉林生物医学研究所的执行主任，也是弗吉尼亚理工大学负责卫生科学和技术的副校长。
“通过调整刺激的时间、频率和一致性等因素，我们可能能够加强大脑中的特定连接，这有助于改善受伤后的大脑功能。我们注意到，活体大脑中的电信号和突触信号通常没有任何规律性，”弗里德兰德说。“因此，我们希望利用大脑使用的自然噪声，看看模仿这些噪声的模式是否具有激活信号通路的内在能力，以重新调整活体神经元网络中节点之间的强度，否则这些节点的功能会受到损害，例如受伤后。”
脑刺激在临床上越来越多地用于治疗各种神经和精神疾病，如抑郁症、帕金森病、慢性疼痛和阿尔茨海默病，但除了频率之外，人们很少关注刺激的模式。
弗里德兰德说：“虽然我们在实验室大鼠身上开展的研究专门针对轻度创伤性脑损伤，但它也可能为治疗人类其他脑部疾病提供有用信息。”
该研究是首批研究系统地、精确地控制神经刺激时间模式的效果的研究之一。
值得注意的是，研究人员发现，某些频率的不规则模式对受伤大脑的影响似乎与对正常大脑的影响不同。在受伤的大脑中，这些相同的模式会加强与其他神经细胞的连接，而在正常大脑中，它们会削弱这些连接。
弗里德兰德实验室弗拉林生物医学研究所研究助理教授、该研究的共同通讯作者昆汀·菲舍尔说：“神经刺激可以像节拍器一样有规律地进行，但也可以以更不规则的方式进行。”
“这有点像一首非常有条理的协奏曲和爵士乐之间的区别，爵士乐的音乐家们会根据乐曲的模式来演奏，”菲舍尔说。“我们发现，正常大脑中高度不规则的刺激模式会导致神经元之间连接强度的降低，但在受伤的大脑中，同样的不规则刺激模式，在同样的频率和连续性下，会导致这些连接得到加强。”
该研究结果强调了时间信号对于优化轻度创伤性脑损伤和其他脑部疾病的神经刺激疗法的重要性，并为更有效的治疗策略提供了潜在途径。
“正常大脑和受伤大脑在突触对不同刺激模式的反应方面存在巨大差异，”弗里德兰德说。“轻度创伤性脑损伤，尽管其名称如此，但会对认知功能、情绪和整体生活质量产生严重而持久的影响。这凸显了了解提供优化治疗性神经刺激的最佳方法至关重要。”