论文摘要
随着对大脑神经网络的电生理学研究的不断进步，我们已清楚的了解神经网络上的振荡活动具有一些固有的特性以及各神经元之间振荡存在一定同步性特征。人们开始利用神经网络上的这些特性来解释与大脑功能相关的生理现象，同样，也考虑用神经网络上的一些异常表现来解释有关的大脑功能紊乱，从而发现与这些大脑紊乱现象相关的脑功能性疾病的发病机理，进而研究出相应的治疗机制。在帕金森病人和动物的研究中已观察到基底节核团内部及核团之间振荡活动在不同频段的同步性增强，目前研究已表明多巴胺的缺失可造成纹状体和黑质网状部神经元高电压主轴（HVSs）的同步性增强。HVSs振荡活动最初是在清醒静止状态下的大鼠皮层网络上自发出现而被记录下来的，它是一种频率在7-14Hz范围内的振荡活动，其特征为钉突状的尖峰主轴与起伏波形的交替出现。除大脑皮层神经网络外，在纹状体、苍白球、丘脑底核及黑质网状部局部场电位的记录中也发现了HVSs活动。同时大多数研究还表明皮层或核团内部以及皮层与核团之间HVSs振荡活动表现出高同步性。越来越多的证据表明这种多频率范围的同步振荡是大脑信息加工的一种重要机制，而异常的同步可能是许多大脑功能紊乱的基础。目前，对帕金森病的外科治疗仍然采用毁损手术及DBS两种方式共存。对于不同情况的帕金森病人将有针对的采用DBS或者毁损术或者综合采用两种方式。毁损术治疗帕金森病已经历了长期的广泛的临床实践，对帕金森病症状的治疗效果是值得肯定的。而采用毁损手术治疗帕金森病的原理，至今仍不清楚，相关实验也开展较少。回顾文献资料，推测毁损手术治疗帕金森病的可能机制与影响基底神经节环路上的HVSs振荡活动有关，由于PD状态下基底节环路上的HVSs振荡活动存在同步性的增高，直流电毁损了基底节环路上的重要核团苍白球可能导致环路上增强的同步振荡的传导部分受到抑制或者折返回上级传出核团。为验证所作出的假设，设计了以下实验，实验采用在体活动大鼠脑电生理记录的方式记录皮层脑电图及脑深部局部场电位变化情况，经苍白球内侧部直流电毁损手术，记录分析手术前后大鼠脑电信号特性的变化并与正常组大鼠相对比，以证实毁损手术对帕金森病大鼠模型的治疗机制。目的:应用直流电核团毁损术毁损帕金森病（PD）大鼠模型的内侧苍白球（GPi），记录其手术前后脑电生理活动的变化，以探讨内苍白球射频毁损术治疗PD的可能机制。方法:1.实验大鼠分组：成年SD大鼠随机分为GP毁损组、假手术组及正常组。对PD毁损组和假手术组大鼠采用6-羟基多巴胺（6-OHDA）右侧黑质致密部（SNc）、中脑腹侧被盖区（VTA）两点注射法建立PD大鼠模型，并经腹腔注射阿扑吗啡（APO）诱发旋转以对模型建立进行评价，并记录大鼠旋转圈数以与毁损术后大鼠经诱导的旋转圈数相对比。2.各组大鼠脑电信号记录：各组大鼠均植入相同的电极，在大鼠运动皮层M1、M2区及脑深部纹状体和苍白球的相应位置植入金属电极，通过多导联宏电极在体脑电生理记录技术对各组大鼠进行右侧（注射侧）大脑皮层M1、M2区脑电及纹状体场电位的连续24小时记录，同时进行视频录像，连续记录并监视2天。而后对GP毁损组大鼠行直流电GPi毁损术，直流电强度选择0.5mA毁损时间为10s，术后恢复4天，然后对各组大鼠均行阿扑吗啡诱导旋转行为检验，记录各组大鼠旋转圈数以于之前旋转圈数进行比较；继续记录脑电活动2天。3.所有记录数据经频率谱分析及相干分析，再经统计分析以揭示各记录位点信号的频率成分以及不同位点神经元集群间的功能连接和同步性。信号数据采用均数±标准差（x±s）表示。PD毁损组大鼠毁损术前后脑电信号的比较采用配对t检验，毁损后PD毁损组与假手术组之间的比较采用两样本t检验，各处理组之间采用方差分析进行比较。p＜0.05认为差异有统计学意义。使用matlab软件进行功率谱分析，计算各导联记录的脑电信号在不同频率上的相对或绝对功率，分析信号中的各种频率成分及其频域范围，以分析局部神经元放电的同步情况。结果:1.帕金森模型大鼠经内侧苍白球电毁损术后，由阿扑吗啡诱导的行为检测旋转圈数较毁损前有显著减少，并较假手术组有显著的差异。毁损组大鼠手术后较术前平均旋转圈数减少13圈/分，具有统计学意义；而假手术组术后较术前平均旋转圈数减少0.37圈/分，结果不具有统计学意义。2.对GP毁损组大鼠毁损术前后在清醒静息状态下的皮层脑电和纹状体场电位有明显改变，术后HVSs（HighVoltageSpindles）在持续时间上明显缩短发作次数明显减少。毁损组大鼠HVSs发作次数在毁损术后较术前平均减少169.44次/24小时；假手术组大鼠术后发作次数较术前平均增加1.88次/24小时，该差异不具有统计学意义；而毁损术后毁损组大鼠与正常组大鼠发作次数相近，组间平均差异不具统计学意义（P﹥0.05）。在HVSs持续时间上，毁损组大鼠在术后持续时间较术前平均减少1.61s，假手术组大鼠在术后较术前减少0.01s，且毁损组大鼠术后持续时间与正常组大鼠的持续时间1.86±0.45s相近，其组间差异不具统计学意义（P﹥0.05）。3.对各组大鼠术后在静息状态下的脑电信号进行对比，GP毁损组大鼠较假手术组的相干性分析显示GP毁损组大鼠术后在HVSs频段（5-13Hz）上的相干程度显著小于假手术组。通过软件分析可得在M1区的导联上对照组、假手术组、毁损组的相对功率谱密度分别为3.78±1.03%、12.75±4.08%、3.59±0.98%，该导联上GPi毁损组大鼠的相对功率谱比假手术组有明显降低，数据经方差分析结果显示两组间差异有统计学意义（P﹤0.05），而毁损组大鼠rPSD与正常对照组大鼠间差别不具有统计学意义（P﹥0.05）。在M2区的导联上对照组、假手术组、毁损组的rPSD分别为3.71±1.18%、5.21±1.72%、3.92±1.23%，在纹状体的导联上对照组、假手术组、毁损组的rPSD分别为8.57±2.73%、12.60±3.83%、8.65±2.38%，两组导联上毁损组大鼠相对功率谱都较假手术组有明显降低，差异具有统计学意义（P﹤0.05），并接近对照组大鼠水平，其组间差异都不具有统计学意义（P﹥0.05）。各组大鼠各导联间相干系数的对比显示，在M1-Striatum两导联之间，毁损组的相干系数为0.24±0.10，较假手术组的0.77±0.08有显著的减少，在M2-Striatum导联之间毁损组相干系数为0.27±0.12，较假手术组的0.59±0.16有显著减少，在M2-M1导联之间毁损组相干系数0.26±0.10比假手术组的0.45±0.14也有显著减少，各组数据经方差分析显示三组导联之间毁损组与假手术组相干系数的差异都具有统计学意义（P﹤0.05）。三组导联之间M1-Striatum、M2-Striatum、M2-M1的正常对照组相干系数分别为0.24±0.10、0.29±0.13、0.27±0.10，与相应导联间毁损组的相干系数接近，分析显示两组间差异均不具有统计学意义（P﹥0.05）。结论:1.在清醒静息状态下6-OHDA建立的PD大鼠皮层-基底节环路上HVSs持续时间延长且发生频率增高，各导联间相干系数也有所增高。2.经GP毁损术后帕金森病模型大鼠皮层-基底节环路上的HVSs持续时间缩短发作次数减少，各导联间同步性降低并接近正常水平。从而改善PD症状，行为检测显示毁损术后大鼠旋转圈数有所减少并接近于正常组大鼠水平。该现象可能解释临床采用苍白球射频毁损术治疗PD的治疗机制。创新点：1.本实验采用了新的皮层电极及脑深部电极，并革新了电极植入的位点及方式，不仅使实验中噪声的干扰得到显著控制，而且使植入的电极更为稳固，减少记录的干扰及失败发生率。2.本实验首次记录到了苍白球直流电毁损术前后帕金森病大鼠模型运动皮层及纹状体位置神经元振荡活动的变化，对临床上采用的毁损手术进行了电生理学方面的解释，为进一步了解帕金森病的发生发展转化机制提供了新思路。
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相关论文文献
- [1].苍白球电毁损对帕金森病大鼠HVSs振荡波的影响研究[J]. 现代生物医学进展 2012(12)
- [2].美国“馒头”——谢尔曼M4A3(105毫米)HVSS中型坦克[J]. 模型世界 2010(01)