Parvalbumin interneurons regulate rehabilitation-induced functional recovery after stroke and identify a rehabilitation drug

帕尔瓦布明 神经科学 冲程(发动机) 康复 前肢 中间神经元 神经可塑性 加巴能 突触 医学 物理医学与康复 心理学 抑制性突触后电位 机械工程 工程类
作者
N. Okabe,Xiaofei Wei,Farah Abumeri,Jonathan Batac,Mary Hovanesyan,Weiye Dai,Srbui Azarapetian,Jesus Campagna,Nadia Pilati,Agostino Marasco,Giuseppe Alvaro,Martin J. Gunthorpe,John Varghese,Steven C. Cramer,István Módy,S. Thomas Carmichael
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-57860-0
摘要

Abstract Motor disability is a critical impairment in stroke patients. Rehabilitation has a limited effect on recovery; but there is no medical therapy for post-stroke recovery. The biological mechanisms of rehabilitation in the brain remain unknown. Here, using a photothrombotic stroke model in male mice, we demonstrate that rehabilitation after stroke selectively enhances synapse formation in presynaptic parvalbumin interneurons and postsynaptic neurons in the rostral forelimb motor area with axonal projections to the caudal forelimb motor area where stroke was induced (stroke-projecting neuron). Rehabilitation improves motor performance and neuronal functional connectivity, while inhibition of stroke-projecting neurons diminishes motor recovery. Stroke-projecting neurons show decreased dendritic spine density, reduced external synaptic inputs, and a lower proportion of parvalbumin synapse in the total GABAergic input. Parvalbumin interneurons regulate neuronal functional connectivity, and their activation during training is necessary for recovery. Furthermore, gamma oscillation, a parvalbumin-regulated rhythm, is increased with rehabilitation-induced recovery in animals after stroke and stroke patients. Pharmacological enhancement of parvalbumin interneuron function improves motor recovery after stroke, reproducing rehabilitation recovery. These findings identify brain circuits that mediate rehabilitation-recovery and the possibility for rational selection of pharmacological agents to deliver the first molecular-rehabilitation therapeutic.
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