【摘要】：深部腦刺激(Deep brain stimulation,DBS)作為一種能夠替代藥物治療和傳統(tǒng)損毀手術治療的新方法,在治療癲癇等腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病上表現(xiàn)出了良好的應用前景。但是,不同刺激參數(shù)對DBS作用效果的影響及其機制還沒有明確的定論。其中刺激頻率是DBS的主要參數(shù)之一,不同頻率的刺激對神經(jīng)元活動的作用一直是DBS研究的重點之一。對于究竟什么頻率的電刺激能夠更好地抑制癲癇的發(fā)作,至今仍然不能夠確定。因此,研究不同頻率的脈沖刺激對神經(jīng)元活動的影響,對于推進DBS在臨床上治療癲癇的應用具有重要的意義。本文以大鼠海馬區(qū)為研究對象,在CA1區(qū)的Schaffer側支上施加不同頻率(10-400Hz)的電脈沖刺激,刺激的持續(xù)時間分為長時(1 min)和短促(0.5 s)兩種,考察下游中間神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元的發(fā)放情況,并分析其中的可能機制。主要的研究結果如下:(1)長時低頻和較低頻率的刺激可以抑制錐體神經(jīng)元的活動當在Schaffer側支上施加1 min的10和20 Hz的長時刺激時,海馬CA1區(qū)的主神經(jīng)元(錐體神經(jīng)元)在刺激期間的動作電位(即鋒電位)發(fā)放明顯減少,并且神經(jīng)元在刺激后時間直方圖和鋒電位時間間隔直方圖中,均存在約15-30 ms的鋒電位發(fā)放抑制期,同時其鋒電位與刺激脈沖之間的時間相關性較弱,表明錐體神經(jīng)元沒有受到刺激的直接調(diào)控。此時中間神經(jīng)元的發(fā)放率雖然沒有明顯變化,但其發(fā)放與刺激脈沖之間的時間相關性較強,且潛伏期及其變異都較小,表明中間神經(jīng)元受到了較為直接的刺激調(diào)控作用。脈沖刺激可能通過激活閾值較低的中間神經(jīng)元及其抑制性突觸,從而抑制了錐體神經(jīng)元的活動。(2)長時較較高頻率和高頻的刺激會增強錐體神經(jīng)元的活動在高頻(50、100 Hz)刺激期間,錐體神經(jīng)元的發(fā)放率有所增加,同時在鋒電位間隔圖中集中發(fā)放的鋒電位比例也增加,表明錐體神經(jīng)元受到的凈興奮作用增加。而此時中間神經(jīng)元的發(fā)放率反而有所減弱。表明低頻和高頻的電刺激對神經(jīng)元產(chǎn)生的興奮作用相近,但高頻刺激可能通過軸突傳導阻滯使得中間神經(jīng)元在刺激期間非同步發(fā)放,進而導致其對錐體神經(jīng)元的抑制作用有所減弱,使得錐體神經(jīng)元的發(fā)放有所增加。(3)短促低頻和較低頻率的刺激可以抑制錐體神經(jīng)元的活動,而短促高頻刺激會興奮中間神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元的活動錐體神經(jīng)元在短促較低頻率(10、20 Hz)的刺激期間,發(fā)放會明顯減少,可能的機制是刺激激活了與中間神經(jīng)元相連的抑制性突觸,進而抑制了錐體神經(jīng)元活動;而當刺激頻率高于100 Hz時,兩種神經(jīng)元在刺激期間的發(fā)放都會明顯增加,可能是由于刺激對神經(jīng)元的興奮作用克服了中間神經(jīng)元的抑制作用,凈興奮作用使得神經(jīng)元發(fā)放增加。總之,本文通過考察不同頻率、不同時長的脈沖刺激對下游中間神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元的作用發(fā)現(xiàn),長時和短促的低頻刺激能夠有效抑制主神經(jīng)元的活動,而短促高頻刺激由于未能像長時高頻刺激一樣誘導軸突產(chǎn)生傳導阻滯,使得神經(jīng)元的活動明顯被興奮。這些結果可以分別為DBS中長期治療癲癇的開環(huán)刺激系統(tǒng)和可調(diào)節(jié)的閉環(huán)刺激系統(tǒng)提供刺激參數(shù)指導,對DBS在臨床上的應用推廣具有重要意義。
【圖文】：

去除左側部分顱骨，植入記錄電極和刺激電極。逡逑本研究中記錄電極采用的是美國ＮｅｕｒｏＮｅｘｕｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司生產(chǎn)的１６通逡逑道（２＊８）微電極陣列。如圖３．１ａ所示，記錄電極下方的可植入部分總長５ｍｍ，逡逑尖端每個電極記錄點的面積為１７７Ｍｍ２，縱向兩個記錄點之間的距離為５0ｎｍ，逡逑橫向兩個記錄點之間的垂直距離也為５0ｎｘｎ。在電極植入時，先將其植入到海馬逡逑ＣＡ１區(qū)的胞體層，定位在前鹵后３．５ｍｍ，旁開２．７ｍｍ。之后用單軸電動顯微操逡逑縱器將記錄電極從大腦皮層表面逐漸向下推進約２．５邋ｍｍ，，直到在Ｌａｂｃｈａｒｔ上記逡逑錄到穩(wěn)定發(fā)放的ＣＡ１區(qū)神經(jīng)元鋒電位為止。逡逑本文的刺激電極采用美國ＦＨＣ公司的同芯雙極不銹鋼電極，刺激電極陽極逡逑和陰極的長度１００邋Ｍｍ，兩者相距１０0ｎｍ邋（圖３．１ｂ）。在實驗中將其植入至ＣＡ１逡逑區(qū)的Ｓｃｈａｆｆｅｒ側支，定位在前鹵后２．２邋ｍｍ，旁開２．０邋ｍｍ，深度約２．８邋ｍｍ。刺激逡逑位于記錄部位的上游

對于距離刺激電極較遠的神經(jīng)元，受到的都是低強度刺激的效果。刺激逡逑強度的設定方法如下：在海馬ＣＡ１區(qū)的Ｓｃｈａｆｆｅｒ側支上施加單脈沖刺激，根據(jù)逡逑沿軸突傳播出去的刺激脈沖所誘發(fā)的下游神經(jīng)元信號進行判斷（圖３．２ａ）。當刺逡逑激強度足夠大時（如０．１邋ｍＡ），大量的下游神經(jīng)元同步發(fā)放。由于海馬區(qū)的神逡逑經(jīng)元排列緊密（Ａｎｄｅｒｓｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００７），誘發(fā)的動作電位會疊加形成群峰電位逡逑（Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｐｉｋｅ，邋ＰＳ），使得緊跟脈沖后的單細胞動作電位（即鋒電位）信號逡逑無法辨別（圖３．２ｂ）。因此，我們逐漸降低刺激強度，直到單脈沖不能誘發(fā)明顯逡逑的ＰＳ，而在多單元放電活動（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋ｕｎｉｔ邋ａｃｔｉｖｉｔｙ，邋ＭＵＡ）信號中又能清晰地逡逑分辨緊隨刺激之后的單元鋒電位為止（圖３．２ｃ），此時的刺激強度（如２０邋ｐＡ）逡逑就用于研究不同頻率的脈沖刺激對于下游神經(jīng)元活動的調(diào)節(jié)作用，本文最終采用逡逑的刺激強度范圍為：２０－６０邋ｐＡ。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑Ｓｉｎｇｌｅ邋ｐｕｌｓｅ邋（０．１邋ｍＡ）邐Ｓｉｎｇｌｅ邋ｐｕｌｓｅ邋（２０邋＾Ａ）逡逑ＲＨ逡逑ＯＳＥ邐%煎義希皺危桑睿翦危遙幔麇澹潁澹悖錚潁洌椋睿玨辶隋危義希椋茫潁蓿校幔螅簀危椋椋歟哄義希裕五澹停眨鈴危懾危媯椋歟簦澹潁椋睿玨危懾危玻板澹恚簀義希澹ǎ擔眩埃擔擼齲╁危誨危懾義希簦簦祝危潁翦義希疲椋歟簦澹潁澹溴危�！邋亓x希危校渝危�？邋Ｉｎｔ�

本文編號：2635973