大脑皮层中兴奋性和抑制性信号的平衡对于大脑功能的正确发挥是必须的,这两者的失衡会导致神经系统功能紊乱和疾病的发生。皮层内最重要的兴奋性信号来自锥体细胞(PC,pyramidal cell),而抑制性信号则来自于中间神经元。抑制性信号的减弱一直被认为是癫痫发作机制中的关键。在药物难治性癫痫和脑瘤患者的脑组织中,我们发现GABA的非同步化释放广泛存在于快发放抑制性神经元(FS,fast-spiking interneuron)形成的突触中,包括FS自突触、 FS-FS突触和FS-PC突触。在比较不同的突触类型后,我们发现非同步化释放的强度依赖于突触类型,其中FS自突触最强。非同步化释放依赖于突触前末端中钙信号的水平,但不依赖于突触后细胞的放电。癫痫组织和非癫痫组织(脑瘤旁组织)的比较结果显示,FS自突触在癫痫组织中的非同步化释放明显强于非癫痫组织。在癫痫动物模型上,我们同样发现FS自突触和FS-PC突触的非同步化释放显著性强于对照的非癫痫动物。进一步分析发现,癫痫组织中非同步化释放的增强可能来自于FS动作电位幅度的增大和钙信号的上升。此外,我还比较了青春期大鼠和成年大鼠中抑制性突触的非同步化特性,并发现非同步化释放的强度随着年龄的增长而降低。双光子钙成像实验显示,FS神经元突触前末端的钙信号的时程在发育过程中加快,这可能是非同步化释放降低的原因。抑制性神经递质的非同步化释放在发育过程降低,可以很好地服务于神经网络中兴奋性-抑制性信号的平衡以及网络震荡的特性的变化。综上所述,人类和大鼠大脑皮层中FS细胞的抑制性突触中普遍表现出非同步化的GABA释放,说明非同步化释放是大脑皮层的一项基本性质;更重要的是,癫痫组织中的非同步化释放增强现象提示了非同步化释放在癫痫病理中的重要作用。