自闭症谱系障碍（ASD）的核心神经生物学特征之一是脑网络功能异常，而功能连接（FC）研究为理解ASD相关的大尺度网络改变提供了关键视角。然而，现有研究多集中于麻醉状态下的成年动物模型，忽视了发育阶段和脑状态对功能连接的影响。本研究通过宽场钙成像技术，对Shank3b杂合突变小鼠（Shank3b+/−）从发育后期（P45）至成年期（P90）进行了纵向分析，探究了清醒、浅麻醉和深麻醉三种脑状态下皮层功能连接的动态变化。研究发现，Shank3b+/−小鼠在清醒状态下表现出显著的桶状皮层（SSp-bfd）和视觉皮层（VISp）过度连接，且这种异常连接随年龄增长逐渐扩展至运动皮层（MOp-a）。值得注意的是，麻醉状态显著减弱了这种过度连接，深麻醉下甚至出现连接性降低的趋势。这一现象揭示了脑状态对ASD相关网络异常的调节作用，并提示麻醉可能掩盖清醒状态下的真实病理特征。

研究方法上，团队采用了创新的技术路线。通过视网膜静脉注射AAV-PHP.eB-GCaMP7f病毒载体，实现了兴奋性神经元钙信号的长期稳定表达，避免了传统转基因小鼠繁育的局限性。成像实验覆盖了三个关键发育阶段（P45、P60、P90），每个阶段均采集清醒和不同麻醉深度的数据。功能连接分析采用基于皮尔逊相关系数的网络统计方法（NBS），并结合全局信号回归（GSR）验证结果的稳健性。此外，通过离体脑片膜片钳记录，发现SSp-bfd区第五层锥体神经元自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）振幅增大，为过度连接提供了细胞层面的机制解释。

图1：皮层介观钙成像实验设计、免疫组化分析和Shank3b+/−小鼠行为特征

研究结果揭示了三个核心发现。首先，在行为层面，幼年Shank3b+/−小鼠（P20）已表现出焦虑样行为和修饰行为异常，如旷场实验中中心区域停留时间减少（29±3秒 vs 对照组48±10秒）和单次修饰持续时间延长（15±1秒 vs 对照组9±1秒）。其次，功能连接分析显示，清醒状态下SSp-bfd区的过度连接在P45即出现（差异矩阵r值增加0.12-0.18），至P90时扩展为全背侧皮层的广泛超连接网络（连接差异节点数增加3.2倍）。最后，麻醉状态显著改变了网络异常的表现形式：浅麻醉下过度连接减弱约40%，深麻醉下则完全消失。电生理实验进一步发现，成年突变小鼠SSp-bfd区sEPSCs振幅增加11.88±0.38 pA（对照组10.32±0.42 pA），提示突触后兴奋性增强可能是网络过度连接的微观基础。

图2：青春期Shank3b+/−小鼠（P45）在清醒状态下桶状区和视觉皮层的超连接性

这些发现具有重要的理论和临床意义。首先，研究确立了Shank3b+/−小鼠作为模拟Phelan-McDermid综合征（PMS）的理想模型，其发育过程中网络异常的动态演变与人类ASD的退行性特征高度吻合。其次，结果强调了脑状态对ASD神经标志物检测的关键影响，为解释既往麻醉fMRI研究的矛盾结论提供了新视角。最后，研究鉴定的桶状皮层-运动皮层异常网络可作为非侵入性治疗的潜在靶点，为开发基于功能连接调控的干预策略奠定了基础。值得注意的是，该研究也存在一定局限性，如宽场成像无法区分皮层特定层的活动，且发育早期（P40前）的纵向数据采集仍具挑战性。未来研究可通过高分辨率成像技术和多模态数据整合，进一步揭示ASD网络异常的时空演化规律。

原始出处：

Montagni, E., Ambrosone, M., Martello, A. et al. Age-dependent cortical overconnectivity in Shank3 mice is reversed by anesthesia. Transl Psychiatry 15, 154 (2025). https://doi.org/10.1038/s41398-025-03377-5

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