Cell Stem Cell：天津大学李晓红团队利用脑机接口+大脑类器官，修复受损视觉

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

大脑皮层损伤后，修复精确的神经微环路，仍是一项关键挑战。人类大脑类器官（hBO）是一种有前景的修复用细胞来源，但其植入后的无序整合，限制了治疗潜力。

2026 年 11 月 6 日，天津大学李晓红教授、云南省第一人民医院/昆明理工大学附医院陆声教授、天津大学臧蕴亮教授、天津大学邵文威副教授等在 Cell 子刊Cell Stem Cell上发表了题为：Neural interface instructs layer 4-appropriate circuit reconstruction with engrafted human brain organoids and improves visually guided behavior 的研究论文。

该研究证明，由内源性窄带伽马节律引导的靶向神经调控，可指导人类大脑类器官（hBO）移植物在受损小鼠视觉皮层中获取 L4 层适宜的分子与功能特性，从而实现与宿主的双向连接、方向选择性反应，并改善视觉引导行为。这项工作建立了环路水平修复的框架，凸显了一种超越细胞替代、指导神经移植物组装的协同策略。

大脑皮层损伤（例如中风或创伤），常导致不可逆损伤和严重神经功能缺损。修复的核心挑战在于重建能够实现复杂信息处理的具体微环路。人类大脑类器官（human Brain Organoid，hBO）可在体外重现大脑发育的某些方面，已成为一种有前景的修复用细胞来源。然而，这里还存在一个主要障碍——移植物普遍缺乏结构组织性和精确的突触匹配，这往往阻碍其功能整合及行为相关输出。尽管开创性研究已证明，hBO 能够在宿主大脑内存活、分化并延伸投射，但移植物在多大程度上能够被引导建立特定且具有功能相关性的神经环路，在很大程度上仍不清楚。近期进展证实，hBO 具有惊人的整合能力，包括参与与行为相关环路，并在受损皮层中实现功能修复。这些发现表明，局部宿主环境为移植物整合提供了关键线索。然而，一个关键问题仍然存在——我们能否主动指导移植物超越被动整合，获得明确的皮层特征并处理复杂信息？

初级视觉皮层（V1）的发育过程涉及神经发生、神经元迁移以及经验驱动的功能精细化，尤其是在出生后关键期通过丘脑输入实现。这些特定回路输入塑造了第 4 层（L4）神经元专司视觉感知的独特属性，使其区别于其他皮层区域。在 V1 中，L4 是视觉输入的主要门户，直接接收来自外侧膝状体（LGN）的丘脑皮层投射。L4 的发育与特化在此关键窗口期内至关重要，该过程受模式化丘脑驱动力所塑造，是方向选择性（DS）等特征选择性反应出现的基础。这一过程由 LGN 中 DS 神经元与 V1-L4 之间高度特异的连接支撑，而单眼剥夺会破坏这种精细连接。鉴于丘脑皮层输入在指导 L4 成熟中的基础性作用，研究团队提出疑问——模拟这种模式化驱动的神经调控策略，能否促进 hBO 的定向整合？

值得注意的是，这种丘脑-皮层间的对话由窄带伽马（NBG，约60 Hz）振荡介导。NBG呈现固定频率，在 L4 层最为突出，并沿视网膜-膝状体通路可被检测到。该节律使 L4 层的多单元活动发生相位锁定，并与丘脑节律形成精确的相位同步，从而实现重复性同步，增强拓扑结构化的连接。皮层抑制后 LGN 中 NBG 的持续存在，以及 LGN 静默后 L4 层 NBG 的减弱，证实了其丘脑起源。因此，NBG 构成了一条专门的前馈通道，使其成为引导 hBO 移植体获得 L4 层适配身份与功能的神经调控理想载体。

基于输入的脑-机接口（BCI）技术通过桥接受损环路并实现精准靶向的神经调控，为促进神经损伤后的功能恢复开辟了有前景的前沿方向。在已证实皮层内刺激可增强移植的 hBO 在体感皮层中的成熟与整合这一基础之上，关键下一步是实现超越一般成熟过程的环路特异性功能修复。NBG 在 V1 的 L4 层最为显著，且已知可指导特征选择性环路的成熟，为靶向神经调控策略提供了精确的内源性生理模板。因此，研究团队假设，通过施加更复杂、行为相关且与内在发育节律相一致的成模式刺激，有可能引导 hBO 移植体超越被动整合，主动重建具有 L4 层适宜特性的功能性神经环路。在这项研究中，研究团队使用“L4-appropriate”一词来指代获得 L4 层典型的分子与功能特征，而非重建物理层状结构。

在这项研究中，研究团队提出了一种以丘脑-皮层发育生理学原理为指导的神经调控策略，旨在主动引导人类大脑类器官（hBO）移植物在视觉皮层损伤模型中的整合。

该研究证明了，由内源性窄带伽马（NBG）节律引导的靶向神经调控，可指导 hBO 移植物在受损成年小鼠视觉皮层中的结构与功能整合。研究团队利用神经接口系统促进移植体与宿主之间的整体耦合，随后向特定功能簇发送 NBG 节律刺激。该策略引导 hBO 移植物出现 L4 层相应的分子和功能特性，使其与宿主视觉环路建立双向连接，并支持高级视觉处理的发展，包括 hBO 神经元的方向选择性。电生理上，移植物发放与宿主 NBG 振荡相位锁定；行为学上，宿主的视敏度和对比敏感度均显著恢复。

总体而言，这项研究建立了一种大脑皮层修复范式，突破了被动的细胞替代，迈向了对功能性神经环路的精准引导重建。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(26)00392-9