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功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）治疗是一种广泛应用的神经康复技术，它通过在自主收缩过程中向目标肌肉施加电刺激来恢复运动功能。尽管其临床疗效已得到证实，但FES治疗诱导神经可塑性的机制仍然知之甚少。既往研究提出，当自主下行运动指令与FES治疗诱发的逆向传导放电同时发生时，皮质脊髓—运动神经元突触处的Hebb型相互作用会产生正向可塑性。然而，若假定脉冲时序依赖性可塑性（spike-timing-dependent plasticity, STDP）是这一Hebb机制的基础，则仍存在一个尚未解决的问题：为何FES治疗能够稳定地产生长期增强（long-term potentiation, LTP），而不是像经典STDP规则所预测的那样，同时出现LTP与长期抑制（long-term depression, LTD）的混合效应？ 在此，我们检验这样一个假设：自主下行脉冲与刺激诱发的逆向传导脉冲之间的相互作用会生成多脉冲模式，从而使可塑性偏向增强。为研究这一机制，我们构建了一个计算框架，实现了一种电压依赖性可塑性规则，该规则纳入了突触后膜动力学和高阶脉冲相互作用。该框架能够模拟FES治疗期间的突触可塑性，并系统地改变刺激频率、输入异质性和脉冲时序结构。 我们的模拟表明，在类似FES治疗的条件下，电压依赖性动力学会强烈地使突触变化偏向LTP。特别是，生理性的脉冲间隔变异性会促进增强，而高度规则的输入则会使突触偏向抑制。这些结果表明，在FES治疗过程中，决定可塑性结果的是突触后电压动力学和脉冲相互作用结构，而不仅仅是成对脉冲的时序关系。我们的研究结果为FES治疗为何能够稳定地诱导以LTP为主导的可塑性提供了机制性解释，并为优化神经调控治疗提供了一个计算框架。
功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）治疗是一种广泛应用的神经康复技术，通过在自主收缩期间向目标肌肉施加电刺激来恢复运动功能。尽管其临床疗效已得到证实，但FES治疗诱导神经可塑性的机制仍未得到充分理解。既往研究提出，当自主下行运动指令与FES治疗诱发的逆行放电同时发生时，皮质脊髓—运动神经元突触处的Hebb型相互作用会产生正向可塑性。然而，如果认为脉冲时序依赖性可塑性（spike-timing-dependent plasticity，STDP）是这一Hebb机制的基础，那么仍存在一个尚未解决的问题：为什么FES治疗能够稳定地产生长时程增强（long-term potentiation，LTP），而不是像经典STDP规则所预测的那样产生LTP与长时程抑制（long-term depression，LTD）的混合效应？
在此，我们检验如下假设：自主下行脉冲与刺激诱发的逆行脉冲之间的相互作用会生成多脉冲模式，从而使可塑性偏向增强。为研究这一机制，我们构建了一个计算框架，实施了一种电压依赖性的可塑性规则，该规则整合了突触后膜动力学和高阶脉冲相互作用。该框架能够模拟FES治疗期间的突触可塑性，同时系统性地改变刺激频率、输入异质性和脉冲时序结构。
我们的模拟结果表明，在类似FES治疗的条件下，电压依赖性动力学会显著使突触变化偏向LTP。具体而言，生理性的脉冲间隔变异性会促进增强，而高度规则的输入则会使突触偏向抑制。这些结果表明，在FES治疗过程中，决定可塑性结果的是突触后电压动力学和脉冲相互作用结构，而不仅仅是成对脉冲的时序关系。
我们的研究结果为FES治疗为何能够稳定诱导以LTP为主导的可塑性提供了机制性解释，并为优化神经调控治疗提供了一个计算框架。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.15.732206v1?rss=1
🏷️ 功能性电刺激 突触可塑性 长时程增强 电压依赖性可塑性 脉冲时序依赖性可塑性 计算建模