致幻剂可能有助于治疗孤独症突变犬跨脑同步化缺陷示意图。受访者供图

■本报记者 冯丽妃

科学家已经发现，在社会交往中，互动者的大脑会“同频共振”，产生“同步”的神经元放电活动。不仅是人，小鼠、蝙蝠和猴子等动物在同种个体间互动时，它们的大脑也会“同步”。

“这些都说明，互动中的大脑并不是单独工作的，而是会与其他大脑形成一个相互关联的系统。”中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、湖北大学生命科学学院教授张永清近日在接受《中国科学报》采访时介绍说，“大脑间的同步程度，不仅能反映社会交往中大脑间的神经耦合程度，还能反映互动者之间的默契程度及其交流的质量和效果。”

那么，不同物种之间是否存在脑同步现象？张永清与国内外合作者研究发现，答案是肯定的。他们的研究还发现，致幻剂可能有助于治疗孤独症引发的跨脑同步化缺陷。近日，相关研究成果以封面论文形式发表于《先进科学》。

人犬大脑也能“同频共振”

跨脑同步化，即同物种不同个体间神经活动的同步，代表了社交互动的神经基础。“社交互动中的大脑同步化现象在过去20年才开始受重视，且以往研究主要集中在同物种个体之间，而不同物种的个体之间是否存在脑间活动的耦合尚不清楚。”张永清说。

人类和狗之间独特的依恋关系有助于回答这个问题。“狗是人类最早驯化的动物，人类和狗之间的交流已经进化了3万多年。在现代社会，狗已经成为许多家庭不可或缺的成员，为人们提供陪伴与情感支持。人类和狗之间的交流水平是猫等许多家养动物或伴侣动物难以达到的。”论文第一作者、张永清的博士生任炜对《中国科学报》说。

狗与人类的互动亲密有效。那么，这一种间个体社会交流的神经基础是什么？两个物种个体的脑神经如何关联耦合？

为了回答这些问题，研究者给参试者和实验室的比格犬戴上了“脑电帽”，并通过非侵入性无线脑电图技术记录两者社交互动过程中的大脑活动。“这种技术可以帮助我们理解不同形式的社交互动，比如抚摸、眼神交流和语言交流等，如何影响脑电同步。”张永清说。

据此，研究者发现人犬大脑也可以“同频共振”，而且人与犬之间的脑电活动具有空间特异性。“比如互相凝视可以诱导犬与人大脑前额叶神经活动的同步化，而抚摸则可以诱导大脑顶叶神经活动的同步化。”任炜说。

随着研究的深入，研究团队发现，随着互动时间增加，家犬与人脑电同步化的程度也在提高。同时，在脑电同步化中，可以看到作为主导者的人类的脑电活动通常先启动，随后追随者犬类会响应。“这种关系类似于师生互动，学生通常会跟随老师的引导。”张永清说。

这是科学界首次证明不同物种个体间社交互动时存在大脑同步化现象。然而，其意义不止于此。

打开孤独症“黑匣子”

透过跨物种的大脑同步化现象，张永清团队旨在了解个体间在社交互动时的大脑动态，探索孤独症（又称自闭症）的神经生物学基础。

孤独症的成因是《科学》公布的国际公认的125个重大问题之一。孤独症的群体主体是儿童，据世界卫生组织统计，全世界大约每100名儿童中就有1人患孤独症。该病成因复杂，目前尚无明确的医学诊断指标和治疗手段。

孤独离群、互动困难、注意力不集中……患有孤独症的儿童因为社交障碍，就像夜空中的星星一样，独自闪烁，活在自己的世界里。

为了帮助这些“星星的孩子”，张永清放弃研究了20多年的经典模式动物果蝇，在2023年与合作者用基因编辑技术建立了国际上首个家犬孤独症模型，希望能够打开孤独症的“黑匣子”。

现在，研究者发现，孤独症突变犬表现出明显的社交障碍，突变犬在与人类互动中脑电同步化水平下降，特别是在顶叶和前额叶。“这说明，基因突变导致它们的大脑在社交活动中无法正常接收和处理信息。”任炜说。

他表示，孤独症突变犬在社会互动中的大脑活动耦合功能被破坏，可能是由于Shank3基因突变导致家犬大脑突触结构不稳定，进而影响神经元之间的连接造成的。Shank3是孤独症患者最常见的突变基因，孤独症突变犬则选择性敲除了一部分该基因。

“我们的另外一个研究证据也支持这一结论：在Shank3突变犬中，光刺激会导致其瞳孔收缩变慢和减少，表明神经信号处理效率受损。”任炜说。

基于此，研究团队尝试用致幻剂麦角酸二乙酰胺（LSD）对此进行干预，发现其对突变犬表型有显著的挽救效果，提示其具有改善孤独症社交障碍的临床转化潜力。

此前的研究表明，致幻剂对精神类疾病有潜在的治疗作用，包括对抑郁症的治疗。最近的研究还表明LSD等致幻剂能够增强小鼠的社交行为，使小鼠重新进入社会奖励学习的关键期。此次，张永清和合作者首次发现单剂量的LSD能提高Shank3突变犬受损的脑间耦合和注意力，这表明LSD可能改善孤独症人群的社交行为。

开启治疗新范式

从发现人与狗大脑之间神经元活动的同步化，到了解孤独症突变犬脑电同步现象的破坏，再到揭示LSD有显著的挽救效果，国际审稿人对这项研究的创新性给予了高度评价。

“这些是跨物种个体间脑功能耦合令人兴奋的发现！”一位审稿人说，“研究者论证了相互凝视和抚摸能有效诱发这种耦合，证据令人信服。”

另一位审稿人也认为，这是一项“引人入胜的研究”，特别是研究者发现LSD对Shank3突变犬社交行为的有益影响，为使用致幻剂治疗精神疾病和精神障碍提供了新证据。

任炜表示，目前孤独症的治疗主要依赖于行为干预，仍然缺乏有效的药物。他们希望基于这项研究，进一步寻找具有治疗效果而不引起严重幻觉反应的药物，并通过脑电同步化指标评估药物的有效性，帮助消除孤独症患者的社交障碍。

张永清表示，目前不同物种个体间大脑同频共振的分子机制以及LSD等致幻剂改善脑电同步化的相关机制尚不清楚，下一步仍需开展更多深入研究。他希望通过这项研究为干预孤独症提供一个新的实验范式，探索不同个体之间社交互动的神经机制，测试更多能够改善大脑同步化并最终改善社交行为的药物。

“这一候选药物不限于孤独症，还可以应用于其他精神疾病的干预治疗。我们希望该研究能够有助于找到更多安全、有效的干预方法，为患者带来希望。”张永清说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1002/advs.202402493