在体多通道电生理记录技术在大鼠痛情绪研究中的应用

目的:通过已建立的完全弗氏佐剂(CFA)诱导的条件位置逃避(CPA)行为模型,利用在体多通道电生理学记录技术,结合行为观察研究大鼠发生CPA反应时前扣带皮层(ACC)脑区神经元的电活动。方法:电极制作,电极埋置,在体多通道技术记录清醒大鼠r ACC脑区神经元的电活动及其CPA行为记录。结果:1自制的多通道阵列电极可成功记录到ACC神经元的放电活动;2大鼠脚掌注射CFA前后分别与不同环境匹配后,大鼠处于"痛环境"与"非痛环境"时ACC神经元spike的发放频率分别为痛环境(0.85±1.38)imp/s,非痛环境(0.22±0.97)imp/s(P<0.05,n=26);3行为学分析痛环境适应前(303.55±61.77)s对比痛环境适应后(140.32±33.52)s(P<0.05,n=6)。上述结果显示,脚掌注射CFA的大鼠处于痛环境时诱发ACC神经元spike放电频率增强与行为上的逃避反应同步发生;脚掌注射生理盐水的对照组并无上述反应趋势。结论:大鼠r ACC脑区神经元电活动与疼痛所致的痛厌恶相关情绪的发生有着密切的联系。

多通道在体记录技术在杏仁核电点燃癫痫小鼠中的应用

目的 将多通道在体记录技术与癫痫模型的构建相结合,为研究癫痫网络机制提供一种新的实验方法。方法 采用多通道在体记录技术同时记录杏仁核电点燃小鼠点燃过程中背外侧杏仁核、海马CA1、初级体感皮层和丘脑背内侧核的电活动。在记录电信号的同时,观察小鼠的行为学状态。结果 在1~5级癫痫发作时,4个记录区域均可记录到后放电,且后放电的持续时间随着癫痫发作级别的增大而增加。癫痫发生和发展过程中伴随频域特异性的电信号动态变化。结论 该实验方法有望成为探索癫痫发作和形成过程中网络机制的一种有价值的研究方法。

基于光电传感的小动物主动运动行为评价及运动动机的神经机制研究

目的:构建小鼠主动运动行为量化评价系统,为运动与主动健康机制研究、慢病运动干预搭建平台,并通过在体实时采集主动运动不同阶段的脑电信号,探讨运动动机的神经调控机制。方法:1)构建基于光电传感的主动运动多模态系统(voluntary exercise multimodal system, VEMS),包括基于霍尔传感电信号的运动行为采集系统和基于机器视觉的运动轨迹分析系统;2)以C57BL/6小鼠为研究对象,应用VEMS系统记录小鼠主动运动行为并进行量化分析;3)结合在体多通道电生理记录技术采集小鼠主动运动不同阶段中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)神经元电活动,分析运动动机的神经编码特征。结果:1)VEMS系统可实现小鼠运动节律、运动距离、运动圈数、运动速度、运动时长和运动频次等行为数据的采集及量化分析;2)小鼠日运动时间主要集中在19:00—次日7:00,表现出较强的夜行节律,日运动距离最多可达15 km。每小时最大运动量出现在夜间1:00—2:00,运动圈数为0圈/10 min~170圈/10 min,每小时最大运动频次为23次,速度区间分布在0~12 m/min;3)在运动准备期、运动期及运动停止期,VTA神经元表现出不同的局部场单位(local field potentials,LFPs)特征信号,与运动停止期相比,运动准备期和运动期LFPs信号的θ频段(4~8 Hz)功率谱密度显著升高(P<0.001),且振荡显著增强(P<0.001);4)研究记录到59个对运动特异性响应的多巴胺(dopamine,DA)神经元,平均放电频率为(5.01±0.89) Hz,其中21%的DA神经元(Type-Ⅰ)在运动准备期高频放电,42%的DA神经元(Type-Ⅱ)在运动期有较强放电活动,37%(Type-Ⅲ)在运动停止后放电活动增多(P<0.001)。结论:1)本研究首次创建了VEMS系统,该系统能够对小鼠的主动运动行为进行多维度采集与量化评价分析,不仅为后期精准运动处方制定提供参考模型,还为运动神经科学的研究提供在体实时脑信号采集平台;2)小鼠主动运动行为受到VTA神经元特异性调节,DA神经元在运动准备期、运动期、运动停止期发挥不同作用。Type-Ⅰ和Type-Ⅲ神经元分别在运动准备期和运动停止期双向正反编码,即Type-Ⅰ神经元对奖励性正面信号表现出放电增强,而Type-Ⅲ神经元在运动停止时表现出特异放电。

不同力竭运动对大鼠纹状体背外侧神经元电活动的影响及调节机制研究

目的:探讨一次和重复力竭运动对纹状体背外侧神经元电活动的影响及可能的调节机制。方法:8周龄健康雄性Wistar大鼠,随机分为安静对照组(CG)、一次力竭运动组(EG)、7天重复力竭运动组(REG),每组24只,其中6只做电生理实验。采用在体多通道电生理技术记录大鼠在清醒安静状态下,一次力竭运动和7天重复力竭运动后大鼠纹状体背外侧的神经元放电活动;采用免疫荧光双染技术观察各组大鼠纹状体背外侧小青蛋白(Parvalbumin,PV)及NMDAR2B阳性神经元的表达。结果:(1)与安静状态相比,一次力竭运动后大鼠纹状体背外侧中等多棘神经元(medium spiny neuron,MSN)放电频率未发生显著改变(P>0.05),而重复力竭运动后MSN放电频率明显升高(P<0.01);(2)一次和重复力竭运动后大鼠纹状体背外侧局部场电位γ频段的功率谱密度均较安静状态有明显增加(P<0.01),重复力竭运动后增加更为明显,且与一次力竭运动后相比有明显差异(P<0.05);(3)一次和重复力竭运动组大鼠纹状体背外侧PV阳性神经元表达较安静对照组有显著增加(P<0.01);NMDAR2B在各组均有明显表达,重复力竭运动组NMDAR2B与PV阳性神经元共表达神经元个数较安静对照组明显增加(P<0.01)。结论:重复力竭运动与一次运动产生疲劳在中枢调节中有所不同。纹状体背外侧在一次力竭运动引起的疲劳中调节作用不明显,在重复力竭运动引起的疲劳中调节作用增强,NMDAR2B参与介导了纹状体背外侧PV神经元对MSN的兴奋性调控。

应用光遗传学技术在体记录小鼠纹状体D1中型多棘神经元的活动模式

目的:建立光遗传-在体多通道光电极记录系统,用其对直接通路中型多棘神经元(D1-MSN)的活动模式进行在体记录。方法:首先向D1-Cre转基因小鼠纹状体背外侧注射携带光敏阳离子通道channelrhodopsin-2(ChR2)基因的腺相关病毒,使ChR2在D1-MSN上通过Cre重组酶的同源重组而特异性表达。之后通过光刺激和电生理记录相结合的方式在体记录D1-MSN的活动模式。结果:D1-Cre小鼠纹状体在注射病毒后通过荧光显微镜观察,可发现明显的荧光信号,证明病毒正常表达。通过光遗传-在体多通道光电极记录系统,本研究成功地在纹状体内用光刺激诱发了MSN的电活动。通过对记录的电信号进行数据分析,证明了光刺激诱发的电信号确实来自于D1-MSN,成功地对D1-MSN活动模式进行了在体记录。结论:结果提示光遗传-在体多通道光电极记录系统是一种对纹状体D1-MSN电活动模式记录的可选新方法。

定痫丸对海人藻酸诱导的小鼠癫痫行为干预作用研究

目的研究定痫丸颗粒剂对海人藻酸(KA)诱导的小鼠癫痫行为的干预作用,通过群体神经元多通道在体电生理记录技术,探讨定痫丸颗粒剂对小鼠癫痫发作时海马脑区神经元放电模式的影响。方法取雄性野生型小鼠28只,随机分为生理盐水对照组、KA诱导癫痫模型组、定痫丸干预组及丙戊酸钠干预组,每组7只。定痫丸干预组给予定痫丸颗粒剂灌胃;生理盐水对照组及KA诱导癫痫模型组给予与定痫丸干预组同等剂量的生理盐水灌胃;丙戊酸钠干预组给予丙戊酸钠腹腔注射。每天1次,持续10 d。最后1次给药干预后,除生理盐水对照组,其余每组均给予海人藻酸腹腔注射以诱发小鼠癫痫发作并观察各组的行为变化。同步采集海马脑区群体神经元的放电活动。结果定痫丸干预组与KA诱导癫痫模型组比较,小鼠癫痫发作的潜伏期明显延长,癫痫持续状态总时程缩短,癫痫发作行为频率降低,并且癫痫发作时海马脑区神经元放电峰值下降。结论给予动物定痫丸颗粒剂提前干预,能有效改善小鼠癫痫症状,具有明显的抗惊厥效果。

针刺干预弱视的电生理机制研究进展

本文复习近十年来针刺干预弱视的电生理研究文献,从视觉电生理角度总结了针刺干预弱视的作用机理。资料表明针刺防治弱视与通过保护视网膜神经节细胞,纠正视网膜功能,增强视觉神经细胞生物电活动,调节视环境紊乱,改善视神经传导,激活视觉皮质相应区域的作用密切相关。但总体上针刺干预弱视的电生理相关文献较少,其机理尚需进一步深入研究。

大鼠脑前扣带皮层(ACC)兴奋性与厌恶情绪的行为-电生理学观察

目的:探讨激活大鼠ACC脑区的阿片受体降低伤害刺激引起厌恶情绪的作用。方法:将实验大鼠随机分为7组,完全弗氏佐剂(CFA)+生理盐水(NS)组,生理盐水(NS)+生理盐水(NS)组,生理盐水(NS)+0x0E?SymbolmA@0x0F-阿片受体激动剂([DAla 2,NMe-Phe 4,Gly-ol 5]enkephinlin,DAMGO)组,完全弗氏佐剂(CFA)+0.01/0.04/0.2/1μg/μl DAMGO组(n=6)。实验周期为3 d,第1日测量基础值,第2日预先通过ACC区域给药1μl,然后将0.08 ml完全弗氏佐剂(CFA)注射到大鼠左后脚掌,第3日观察大鼠的CPA反应、缩足反射潜伏期(PWL)和ACC脑区的电活动。结果:①皮下注射CFA的大鼠,注射前与注射后相比,PWL明显减少(P<0.05);②在笼具痛侧,CFA组大鼠停留的时间明显少于非痛侧(P<0.05);③在ACC脑区预先注射0.04/0.2/1μg/μl DAMGO可明显减弱C-CPA反应(P<0.05);④在ACC脑区预先注射0.04/0.2/1μg/μl DAMGO可以降低CFA诱发ACC脑区放电频率的增加(P<0.05)。结论:激活了大鼠ACC脑区上的μ-阿片受体可以降低伤害性刺激诱发的厌恶情绪的发生。

海马齿状回在针刺心经抗心肌缺血中的作用

目的观察海马齿状回(dentate gyrus,DG)区在针刺心经干预大鼠急性心肌缺血损伤中的作用。方法将60只大鼠随机分为伪手术组、模型组、针刺组、损毁组,每组15只。通过开胸结扎心脏冠状动脉左前降支复制大鼠急性心肌缺血模型,其中针刺组和损毁组选取手少阴心经"神门-通里"经脉段,给予电针干预,电流强度为1mA,频率为2Hz,每日电针30min,连续干预3d,伪手术组和模型组不予电针处理。观察各组大鼠心电图、海马DG区细胞形态以及神经细胞放电频率的变化。结果与伪手术组比较,模型组心率和ST段电压均显著升高(P<0.05);与模型组比较,针刺组心率和ST段电压均显著降低(P<0.05);与针刺组比较,损毁组心率和ST段电压均显著升高(P<0.05)。伪手术组大鼠海马DG区神经细胞排列紧密,细胞核大而圆,胞质色浅而均匀,尼氏体丰富;模型组大鼠海马DG区神经细胞排列较为稀疏,细胞体积变小,尼氏体减少;针刺组大鼠海马DG区神经细胞排列相对较为紧密,细胞体积较大,尼氏体相对增多。与伪手术组比较,模型组海马DG区神经细胞放电频率显著增加(P<0.05);与模型组比较,针刺组海马DG区神经细胞放电频率显著减少(P<0.05)。结论海马DG区可能是针刺改善急性心肌缺血损伤的关键中枢之一。

视觉神经细胞电生理技术研究进展

神经细胞电生理技术作为一种在实践中形成的,具有可操作性的电生理检测方法,可以在同一时间采集到多量神经细胞的动作电位,对于深化研究大脑神经细胞及其网络的工作原理,研发新的神经修复技术有很大的意义。近年来快速发展的神经细胞电生理技术主要有两种类型:膜片钳技术(PCRT)和在体多通道微电极阵列神经信号技术(M-NEMEA)。本文介绍了这两种技术的起源、发展、技术特点,及其在视神经细胞的研究及应用,并对神经细胞电生理技术在视觉中枢研究及应用等方面亟待解决的问题和发展方向进行分析和探讨。

多通道在体记录技术----小鼠可推进式微电极阵列帽制作与植入手术

本文旨在探讨适合小鼠在体记录的多通道可推进式微电极阵列帽的制作和电极植入手术。利用转动螺杆驱动螺母移动的机械推进原理,用纤维板、螺杆、螺母和固定螺丝等材料,组装成可推进式多通道电极驱动装置。在该装置上,螺杆转动一圈可使其上的螺母移动280μm,从而使固定于其上的电极也同步推进。记录电极为自制的四电极,由四股直径为13μm的绝缘电极丝绞合而成。电极帽制作的主要步骤包括:四电极制作、电极驱动器制作、电极帽装配和电极镀金等步骤。制作好的多通道电极帽重量轻,电极数量可根据实验需要设置,且可随时调整电极在脑内的深浅位置,适合在小鼠等动物上开展多通道在体记录。此外,本文还详细介绍了在小鼠双侧海马进行多通道在体记录的电极植入手术过程。使用这种多通道电极帽,可在自由活动的小鼠双侧海马CA1脑区,同时记录到群体神经元的放电活动。

多通道在体记录技术--动作电位与场电位信号处理

多通道在体记录可以同时记录到多个神经元的胞外放电信号以及对应的局部场电位的活动信号。如何对记录到的这两种电信号进行合适的处理，以确保实验结果的准确性，是运用好多通道在体记录技术的关键之一。本文旨在针对多通道在体记录的原始数据，介绍动作电位及场电位信号的常用数据处理方法。动作电位信号属于高频信号，一般用40 kHz的高速采样频率进行采集和记录。根据记录到的神经元胞外动作电位波形，运用主成分分析技术，再结合四电极记录技术的优势，可对来自记录电极周围不同空间位置的神经元放电信号进行良好的甄别，从而获得较精确的单神经元放电时间序列。而局部场电位信号属低频信号（〈 300 Hz），一般用1 kHz的采样频率进行采集和记录。记录到的场电位原始信号需要进行数字滤波，从而分离出场电位信号中不同频率段的节律性振荡。啮齿类动物海马结构中常见的节律性振荡有动物清醒活动及快速眼动睡眠时的 theta节律（4-12 Hz）；清醒认知活动过程中，伴随着theta节律一起出现的gamma节律（30-80 Hz）；以及清醒静止及慢波睡眠时的ripple高频振荡（100-250 Hz）。针对以上处理获得的数据，常用的后续数据分析方法有：神经元放电间隔分析、神经元放电自相关与互相关分析、以及信号的频谱分析等。

大鼠多通道在体记录

多通道在体记录技术,能在自由活动的动物脑内,观察和记录局部脑区群体神经元的活动状况,是分析大脑神经信息编码的有力工具。要开展多通道在体记录研究,多电极阵列驱动器的设计非常关键,也是实现该技术的一大难点。根据转动螺杆推动螺帽移动的机械驱动原理,作者设计了适合大鼠多通道在体记录的、独立可调式16道电极阵列驱动装置。通过该装置,可对16道记录电极中的任意一道进行独立驱动,从而控制每根记录电极在大鼠大脑中的垂直记录位置。运用该多电极阵列驱动装置,对大鼠单侧海马脑区的多通道在体记录表明,在大鼠海马CA1区,存在不同放电波形和放电模式的神经元,它们分别与海马CA1区的锥体神经元和中间神经元相对应。一般锥体神经元动作电位的放电波形较宽,放电频率则较低。在海马CA1区还存在编码空间环境中特定位置信息的神经元,被称为位置细胞。这些位置细胞在某一空间环境中有各自对应的反应区域,在该区域内位置细胞的放电频率增加,在区域外则基本维持在一较低的活动水平。

多通道在体记录技术--神经元放电与节律性场电位间的相位分析方法

本文旨在介绍神经元放电序列与节律性场电位间的相位分析方法。多通道在体记录技术能同时记录群体神经元和局部场电位的活动信号。神经元的放电活动一般表征为放电时间序列;而在局部场电位信号中,则包含有不同频率成分的周期性节律振荡。相位分析主要考察神经元放电时刻与周期性节律场电位相位间的相互关系。具体分析时,先运用Hilbert变换计算出某一频段节律场电位信号的瞬时相位值,然后再计算某一神经元放电序列中每个动作电位相对于该节律场电位的放电相位,最后通过考察这些放电相位的分布特性,来判断该神经元与该节律场电位相位间的放电相位关系。如一神经元放电序列对某种节律场电位的相位分布经统计检验不是随机的,则表明该神经元对这种节律场电位有放电锁相关系。Theta相位进动则是一种特殊的神经元放电与周期性节律场电位间的相位关系,也是海马位置细胞放电的基本特性之一。海马位置细胞在位置野内一般呈theta节律簇状放电模式,而相位进动是指每一theta波内放电的theta相位,相对上一theta波会逐渐提前。这一现象可通过对位置细胞放电的theta相位和动物实时位置使用线性模型来描述;并运用圆周线性相关分析法,计算它们之间的相关系数,从而研究位置细胞在位置野中的放电相对于theta相位的进动情况。通过相位分析,可以帮助我们了解神经元放电与节律性场电位信号间的时间信息编码特性。

多通道在体记录技术发展现状及在中医药研究中的应用展望

综述多通道在体记录技术发展现状及在中医药研究中的应用展望。多通道在体记录技术以其高效的记录性配合非创伤性神经元调控技术(如光遗传等)在各类模型动物、临床医学的神经疾病治疗中皆有应用,探索多通道在体记录技术在中医经络、腧穴、电针和中药等方面的应用可为中医学研究提供新的视角,通过多学科的交叉融合可促进中医药现代化研究的发展。