基于皮层神经元模型的经颅磁声电刺激神经网络放电活动仿真分析

基于脑皮层真实神经元模型搭建皮层神经网络,对模型在经颅磁声电刺激下的电活动响应特性进行仿真分析。采用短时傅里叶变换方法对不同刺激方式和经颅磁声电刺激不同刺激参数下神经元局部场电位信号进行时频联合分析。结果显示,经颅磁声电刺激方式可达到与神经元自身突触激活和阶跃电流刺激方式相近的刺激效果;神经元不同位置在经颅磁声电刺激下的电活动响应有所区别,胞体附近膜电压变化最为明显,且局部场电位能量强度最大;随着调制频率和刺激电流两个参数的增大,神经网络的局部场电位信号能量强度均呈现先增强后减弱的趋势。这表明经颅磁声电刺激可对神经电活动产生促进与抑制两种效果,改变刺激参数可以实现对生物体神经活动的调节。研究结果有助于揭示经颅磁声电刺激的神经作用机制,为其应用于神经调节和神经系统疾病治疗提供理论依据和参考。

经颅磁声电刺激下不同类型Izhikevich神经元电耦合模型放电特性研究

经颅磁声电刺激是利用超声和磁场作用于大脑的新型无创神经调控技术,耦合神经元在脑电信号传递和信息交流起着关键作用。为探索该技术对耦合神经元的影响,本文利用Izhikevich神经元搭建了兴奋性-兴奋性、兴奋性-抑制性和抑制性-抑制性三种耦合模型,分别研究经颅磁声电刺激下不同刺激强度和耦合度对耦合神经元同步性的影响。结果表明随刺激强度增大,兴奋性-抑制性耦合模式下耦合神经元同步性变弱,其他两种模式在刺激强度分别为20.0μA/cm2和39.6μA/cm2时同步性由强变弱。在耦合度大于0.71时,兴奋性-兴奋性耦合模式下放电个数不再变化;在耦合度为0.71-0.96时,兴奋性-抑制性耦合模式下的放电频率增加;在耦合度大于0.96时,放电个数恒定;抑制性-抑制性耦合模式下耦合度增加放电个数增加,放电频率基本不变。研究结果有助于推动经颅磁声电刺激下神经网络的动力学研究,对神经类疾病的治疗有重要参考价值和研究意义。

经颅磁声电刺激对前额叶皮层神经集群钙信号的影响

经颅磁声电刺激(TMAES)作为一种新型的脑神经调控和研究手段,利用超声和磁场耦合产生的感应电流调节不同脑区的神经电活动。钙离子作为神经信号第二特使,在神经信号传递中起着关键作用。为了探究经颅磁声电刺激对前额叶皮层放电活动的影响,将15只小鼠分为对照组、超声组和磁声组,磁声组接受超声强度为2.6 W/cm^(2)和磁感应强度为0.3 T的刺激,超声组仅接受相同强度的超声刺激,对照组无超声和磁场,持续刺激一周。通过光纤光度检测技术实时记录小鼠刺激过程中前额叶皮层钙离子浓度,并进行新物体识别实验,对比各组行为学差异和钙信号的时频分布。实验结果显示,经颅磁声组在刺激后10 s内钙瞬变信号均值(4.84±0.11)%大于超声组(4.40±0.10)%和对照组(4.22±0.08)%,且钙瞬变信号波形变缓,提示钙离子代谢变快;磁声组主要能量频带分布在0~20 Hz,超声组为0~12 Hz,对照组为0~8 Hz;磁声组认知指数为0.71,超声组为0.63,对照组为0.58,表明超声刺激和磁声电刺激均能提高小鼠的认知能力,但磁声组效果优于超声组。以上结果显示,经颅磁声电刺激能够改变前额叶皮层神经集群的钙稳态,实现对前额叶神经集群放电活动的调控,对认知功能具有促进效果。研究结果为进一步探索经颅磁声电刺激的深层神经作用机制提供了数据支撑和参考。