【摘要】：經(jīng)顱磁聲刺激(transcranial magneto-acoustical stimulation,TMAS)是一種能夠調節(jié)神經(jīng)活動的腦刺激技術,它利用超聲和靜磁場共同作用在神經(jīng)組織或組織液中產(chǎn)生的電流來實現(xiàn)對神經(jīng)元的調節(jié)。它具有高空間分辨率和良好穿透深度的優(yōu)點,但其對神經(jīng)元的影響目前還不確定。因此,對經(jīng)顱磁聲刺激的研究具有重要的意義。本文分為理論研究和實驗研究兩部分內(nèi)容,理論方面主要是在TMAS的基礎上研究了不同模型下的放電頻率適應性或是放電節(jié)律;實驗方面主要是研究了經(jīng)顱超聲刺激(transcranial ultrasound stimulation,TUS)下腦血氧代謝的情況。首先是基于Ermentrout神經(jīng)元模型研究了在TMAS下磁場強度、超聲強度、超聲頻率、占空比以及調制頻率對神經(jīng)元放電頻率適應性的影響作用。研究結果有助于揭示TMAS對神經(jīng)元放電頻率適應性的作用機制,為其在神經(jīng)精神疾病方面的治療提供理論依據(jù)。其次是基于Averaged-Hodgkin-Huxley(AHH)神經(jīng)元模型研究了在TMAS下幅值頻率比與電流密度對神經(jīng)元膜電勢幅值、膜電勢峰峰間期以及膜電勢發(fā)放率等放電節(jié)律的調控作用。研究結果表明了TMAS對神經(jīng)元放電節(jié)律的影響作用,有助于TMAS在神經(jīng)疾病治療和康復方面的探索應用。最后,研究了TUS下腦血氧代謝情況。其研究的目的是為了評估低強度TUS對腦血氧代謝活動的影響。低強度TUS應用于調節(jié)老鼠運動皮層進而導致面部肌肉的收縮以及胡須的抖動,同時內(nèi)源信號光學成像監(jiān)測缺氧血紅蛋白的變化。實驗結果表明TUS導致了缺氧血紅蛋白的下降,在刺激2.6秒之后達到峰值隨后恢復到基準狀態(tài)。此外,還發(fā)現(xiàn)了組織區(qū)域的缺氧血紅蛋白的峰值明顯低于靜脈區(qū)域。這些結論表明低強度TUS能夠引起腦血氧代謝的變化,潛在地解釋了TUS敏感性的變化。上述研究成果揭示了經(jīng)顱磁聲刺激以及經(jīng)顱超聲刺激在生物神經(jīng)系統(tǒng)中的作用機制,為神經(jīng)類疾病的治療提供了理論基礎。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R338
【圖文】：

燕山大學工學碩士學位論文第 2 章 放電節(jié)律分析理論基礎2.1 經(jīng)顱磁聲刺激的原理超聲和磁場在神經(jīng)組織中共同作用進而產(chǎn)生霍爾效應[54]。經(jīng)顱磁聲刺激的物理原理是神經(jīng)組織中的離子在超聲波的作用下發(fā)生振動，由于靜磁場與帶電離子的運動方向垂直，所以在組織中的帶電離子間產(chǎn)生洛倫茲力[55]，產(chǎn)生的洛倫茲力把正負離子帶往相反的方向，從而形成電流刺激神經(jīng)元。在我們的研究中，使用笛卡爾坐標系。我們假設，在腦組織中，超聲壓力波沿著 z 軸傳播，靜磁場沿著 x 軸，電流密度沿著 y 軸。超聲和磁場在神經(jīng)組織內(nèi)產(chǎn)生電流的原理示意圖如圖 2-1 所示。

燕山大學工學碩士學位論文的放電頻率適應性以及放電節(jié)律等特點。在 MATLAB 中完成超聲波的調制是進行數(shù)據(jù)仿真的基礎。我們針對形式為正弦的超聲波進行了相關的仿真和驗證。如圖 2-2a)與圖 2-2b)我們分析了sin(2π f )與偏振后sin(2π f ) 1兩種不同的超聲波。如圖 2-2c)到圖 2-2f)，在同一神經(jīng)元模型及刺激強度下，無偏振超聲波對鈉電流與跨膜電壓沒有明顯的影響；而偏置后的超聲波對鈉電流和跨膜電壓有了顯著的影響，產(chǎn)生相應的動作電位。

第 2 章 放電節(jié)律分析理論基礎關閉，這之間的時間間隔只有大約5 510 7 10 2 s，在如此短的時間內(nèi)，鈉離并不能被激活，也就不能實現(xiàn)動作電位的發(fā)放。但是設定超聲波的波形是偏正弦波 sin(2πf)+1 后，會得到無負相位的磁聲刺激電流，這樣就有了足夠的時鈉離子通道被激活，產(chǎn)生離子濃度的變化，進而產(chǎn)生動作電位。對此表明了的超聲波的有效性。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王洪田,鐘乃川;不同類型及強度的對側聲刺激對畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射的影響[J];聽力學及言語疾病雜志;2000年01期

2 石一復;鄒平;Nvman M;Westgrcn M;;聲刺激與無負荷試驗比較的初探[J];浙江醫(yī)學;1991年06期

3 周曉青;劉世坤;張鑫山;殷濤;劉志朋;;經(jīng)顱磁聲刺激中超聲刺激的作用與影響[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2018年05期

4 袁毅;孫紅寶;陳玉東;龐娜;李小俚;;經(jīng)顱磁聲刺激作用下耦合神經(jīng)元的去同步研究[J];中國生物醫(yī)學工程學報;2017年04期

5 胡向軍;無負荷與聲刺激對比試驗的臨床觀察[J];杭州科技;1997年01期

6 雷曉芳;聲刺激應用于產(chǎn)前監(jiān)護[J];中國基層醫(yī)藥;2001年03期

7 唐佳;付子英;吳飛健;;聲刺激時程和模式影響大蹄蝠下丘神經(jīng)元的恢復周期[J];生理學報;2010年05期

8 ;重復聲刺激后大鼠聽覺傳導徑路內(nèi)c-Fos轉錄因子減量表達[J];國外醫(yī)學.耳鼻咽喉科學分冊;1997年06期

9 江山;徐成峰;李婭娜;謝紅萍;袁華;王會會;李玲;;次聲刺激誘導原代培養(yǎng)大鼠星形膠質細胞釋放谷氨酸的研究[J];中國康復醫(yī)學雜志;2014年06期

10 羅云;朱燕;;經(jīng)顱超聲刺激治療腦卒中的研究現(xiàn)狀[J];按摩與康復醫(yī)學;2019年08期

相關會議論文 前7條

1 閆榮玲;張智華;廖陽;陳其才;;抑制性聲刺激對小鼠下丘神經(jīng)元時程選擇性的影響[A];“基因、進化與生理功能多樣性”海內(nèi)外學術研討會暨中國生理學會第七屆比較生理學學術會議論文摘要[C];2009年

2 張季平;Kyle T. Nakamoto;Leonard M. Kitzes;欒瑞;孫心德;;貓的聽皮層神經(jīng)元對雙耳聲刺激強度的動態(tài)編碼[A];中國神經(jīng)科學學會第六屆學術會議暨學會成立十周年慶祝大會論文摘要匯編[C];2005年

3 唐佳;付子英;吳飛健;陳其才;;不同聲刺激模式下大蹄蝠下丘神經(jīng)元恢復周期特性[A];湖北省生理學會2007年度年會暨學術報告會論文集[C];2007年

4 肖中舉;;下丘中央核的單側響應特性及其興奮性和抑制性輸入[A];中國神經(jīng)科學學會第十二屆全國學術會議論文集[C];2017年

5 溫源;李明;汪騰;王之禹;侯震;;用聲刺激進行語音初始化切分的方法[A];中國聲學學會2001年青年學術會議[CYCA'01]論文集[C];2001年

6 黃小偉;林爭榮;王凱悅;牛麗麗;孟龍;鄭海榮;;低強度超聲刺激神經(jīng)元初級纖毛的實驗研究[A];中國聲學學會2017年全國聲學學術會議論文集[C];2017年

7 劉雙喜;吳飛健;陳其才;N.Bibikov;;小鼠下丘神經(jīng)元聲反應特性與刺激呈現(xiàn)率相關[A];第一屆全國腦與認知科學學術研討會論文集[C];2005年

相關博士學位論文 前3條

1 付子英;下丘神經(jīng)元對不同聲刺激模式的反應特性研究[D];華中師范大學;2011年

2 王欣;不同聲刺激模式所致的下丘神經(jīng)元的掩蔽效應和恢復周期變化[D];華中師范大學;2009年

3 姜翠平;出生后環(huán)境依賴的大鼠聽皮層神經(jīng)元對聲刺激時間信息編碼的可塑性[D];華東師范大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 趙彥超;經(jīng)顱直流電和超聲刺激下大鼠腦血流動力學研究[D];燕山大學;2018年

2 龐娜;經(jīng)顱超聲刺激對神經(jīng)元放電節(jié)律和腦血氧代謝作用研究[D];燕山大學;2018年

3 陳玉東;經(jīng)顱磁聲刺激作用下神經(jīng)元放電節(jié)律研究[D];燕山大學;2017年

4 焦磊;便攜式經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)設計與研究[D];燕山大學;2016年

5 郭騰飛;經(jīng)顱超聲刺激在缺血性腦損傷中的保護研究[D];上海交通大學;2014年

6 王勇;基于經(jīng)顱超聲刺激的腦調控系統(tǒng)設計及實驗研究[D];燕山大學;2014年

7 賀玲姣;不同聲刺激下的情緒反應與識別[D];浙江大學;2013年

8 高翔;基于雙耳差頻聲刺激提高大腦警覺度的研究[D];天津大學;2014年

9 戴傳云;低頻率超聲刺激對核黃素生物合成影響的實驗研究[D];重慶大學;2003年

10 郭琦;大鼠聽皮層神經(jīng)元對聲刺激重復率編碼的年齡依賴性[D];華東師范大學;2014年

本文編號：2747096