研究亮点
1、首次结合体内外电生理研究
通过无线 EEG 发现 Syngap1+/- 小鼠 delta 和 theta 功率升高、 spike trains 增多，首次利用 HD-MEA 证实其原代神经元网络放电活动增强、爆发频率增加且爆发间隔缩短，桥接了体外神经元电生理与体内脑电活动。

2、发现新型转化表型
明确睡眠结构异常（慢波睡眠减少、主动觉醒增加）可作为 SRID 潜在生物标志物，为临床诊断和治疗评估提供新方向。

3、行为表型的系统验证
通过多种行为测试（开放场、Y 迷宫、新物体识别等）全面证实 Syngap1+/- 小鼠存在多动、认知缺陷及焦虑样行为减少，为 SRID 病理机制研究提供坚实行为学证据。

Maxwell HD-MEA
Maxwell HD-MEA的很多特点使得它受到神经科学家们及人工智能科学家们的青睐：

⚫ 3265 electrods/mm²的高密度电极
Maxwell MEA芯片上有26400个电极。这样的密度使其可以记录2D培养物中几乎每一个活细胞；而对于3D类器官更为关键，因为类器官与芯片接触面积通常比较小，如此高的密度提供了足够的记录位点获取大量神经元信息。

Maxwell MEA 芯片

⚫可放在培养箱内进行记录
这使得在记录过程中细胞能够维持良好的生理状态，支持反复长期的检测。

⚫低本底噪音，高信噪比
仅为2.4微伏的本底噪音保证了高质量的读取信号，使得AI系统获得足够丰富的输出信息。

⚫电极可作为刺激电极
在2万多个电极中每一个电极都可作为刺激电极给出刺激，这在构建的AI系统中成为重要的信息输入的媒介。在此，高电极密度也为这种信息输入提供了高空间分辨率的特性。

⚫可开放API，实现快速实时反馈系统
Maxwell HD-MEA可开放API，允许其它软件的操控，灵活地设计输入输出模式，能够在输入与输出间建立实时的反馈。

研究结果
突变小鼠中SynGAP1蛋白水平降低
研究人员对出生后第42天（PND42）的Syngap1+/−突变小鼠和同窝野生型（WT）对照小鼠的皮层裂解物进行了Western blot分析，使用已验证的抗体检测SynGAP1总蛋白表达水平（以GAPDH为内参）。Western blot结果显示两条与已知SynGAP1亚型对应的条带，研究者对其中较大的主要亚型条带进行了定量分析。结果显示，杂合突变体Syngap1+/−的SynGAP1蛋白水平降至野生型标准化表达的41%。

图1：Syngap1+/-小鼠SynGAP1蛋白表达显著降低

A PND42的Syngap1+/+和Syngap1+/-小鼠的SynGAP1与Gapdh蛋白表达。Western Blot显示Syngap1+/-小鼠SynGAP1（140kDa）表达降低。B 经Gapdh标准化后的SynGAP1蛋白定量显示，Syngap1+/-脑组织SynGAP1表达量仅为野生型同窝对照的41%。数据采用t检验，*P=0.0051（各组n=3）。

突变小鼠的运动增多和认知功能受损
通过行为学实验系统评估了Syngap1+/−小鼠的运动和认知功能。

在旷场实验中，突变小鼠表现出显著的多动症状，其水平活动和总活动量在所有时间段均显著高于野生型，且中心区域停留时间增加，结合高架十字迷宫实验结果，提示其可能具有焦虑样行为减少和多动共存的复杂表型。认知功能测试显示，在新物体识别任务中，突变小鼠对新物体的探索偏好降低，表明长期记忆受损；而在Y迷宫测试中，虽然工作记忆的正确率无显著差异，但其臂间转换次数显著增多，再次印证了多动特征。

这些结果共同表明，Syngap1单倍剂量不足会导致小鼠出现明显的多动行为和认知功能障碍，其中多动表型在不同行为范式测试中表现一致且显著，而认知缺陷主要体现在长期记忆方面。
 

图2：Syngap1+/-小鼠运动活性增强伴认知障碍

A水平活动、B总活动量和C中心区域停留时间均显著增加（重复测量ANOVA）。D 30分钟总活动量比较（t检验）。E新物体识别测试中突变鼠未表现偏好。F自发交替任务正确率无差异。G臂间转换次数显著增多（t检验）。P<0.05，***P<0.0001。

突变小鼠的体内脑电图改变
通过无线遥测技术对Syngap1+/-突变小鼠进行了系统的脑电活动和睡眠结构分析。

研究结果显示，与野生型小鼠相比，突变小鼠表现出显著的脑电图异常：72小时连续监测发现其绝对功率谱密度（PSD）整体升高，特别是Delta波（0.5-4Hz）和Theta波（5-9Hz）功率显著增强，同时棘波串数量和持续时间明显增加，这些发现提示Syngap1单倍剂量不足导致神经元网络过度兴奋。

在睡眠结构方面，突变小鼠表现出明显的睡眠-觉醒周期紊乱：主动觉醒时间显著增加，安静觉醒时间减少，慢波睡眠比例明显降低，异相睡眠虽未达统计学显著性但也有减少趋势。

这些电生理和行为学改变与人类SYNGAP1相关神经发育障碍患者的临床特征高度吻合，为理解该基因缺陷导致神经系统异常的内在机制提供了重要实验依据。
 

图3：Syngap1+/-小鼠delta/theta波功率增强

无线遥测EEG显示：A功率谱密度整体升高；B delta/theta频段功率显著增加；C 10分钟功率分布示delta/theta波增强；D棘波串计数；E棘波串总时长增加；F代表性EEG波形（双因素ANOVA与t检验）。P<0.05，P<0.01，P<0.001，****P<0.0001。
 

图4：Syngap1+/-小鼠睡眠特征改变

A无线记录系统示意图及四期睡眠特征波形。B主动觉醒期比例增加；C安静觉醒期减少；D慢波睡眠减少；E异相睡眠有降低趋势（t检验）。*P<0.05，**P<0.01。

突变小鼠原代培养神经元电生理活动增强
通过高密度微电极阵列技术（HD-MEA）系统比较了Syngap1+/-突变小鼠与野生型原代皮层神经元的电生理特性。

研究发现Syngap1单倍剂量不足导致神经元网络活动显著增强，表现为：动作电位形态改变、爆发式放电活动增多、爆发间隔缩短等特征性改变。具体而言，突变神经元虽然每次爆发包含的放电次数减少，但爆发频率在培养第21天（DIV21）后持续增加，爆发间隔时间从DIV21开始显著缩短，至DIV29时爆发持续时间也明显延长。

这些电生理异常表明Syngap1缺失导致神经元网络兴奋性增高和同步化活动增强，可能反映了突触可塑性和神经网络功能的紊乱。
 

图5：Syngap1+/-原代神经元网络放电活动增强

A动作电位波形叠加；B全芯片放电频率；C网络活性扫描电极选择；D野生型栅格图；F野生型网络活动；E突变型栅格图；G突变型网络活动增强（同步记录1024个电极）。
 

图6：Syngap1+/-神经元爆发活动增加

A单次爆发放电次数减少；B爆发间隔（IBI）在DIV21/27/29缩短；C DIV21后爆发次数持续增加；D DIV29爆发时长延长（双因素ANOVA）。P<0.05，P<0.01，P<0.001，****P<0.0001。

研究总结
本研究通过整合HD-MEA和无线脑电技术，首次在Syngap1+/-小鼠模型中系统揭示了突触功能障碍与神经发育障碍的关联。

研究发现，Syngap1单倍剂量不足导致神经元网络活动增强、睡眠结构紊乱及认知行为异常，并首次在体外和体内水平建立了电生理与行为表型的桥梁。

这些发现为SRID的精准治疗提供了关键生物标志物和潜在干预靶点，推动了从基础研究到临床转化的突破。

参考文献：
Fenton TA, Haouchine OY, Hallam EB, et al. Hyperexcitability and translational phenotypes in a preclinical mouse model of SYNGAP1-related intellectual disability. Transl Psychiatry. 2024 Oct 2;14(1):405. doi: 10.1038/s41398-024-03077-6.