不同模式经颅磁刺激对大鼠工作记忆中局部场电位因果网络连接的影响

近年来,非侵入式临床神经调控手段被专家学者们重点关注,其中经颅磁刺激技术能够无创地在大脑皮层中诱导出感应电场,从而调节神经系统功能,其对认知功能的调控作用尤为显著。建立5 Hz重复经颅磁刺激(rTMS)组、间歇性θ节律刺激(iTBS)组和连续性θ节律刺激(cTBS)组大鼠模型,每组6只。记录大鼠在工作记忆任务过程中的局部场电位信号(LFPs)。之后,基于定向传递函数(DTF)分别构建θ和γ频段的局部场电位因果连接网络,并计算各组大鼠的DTF值、平均连接密度、全局效率等因果网络特征参数,结合各组行为学的实验结果,对比分析不同模式经颅磁刺激对大鼠工作记忆的影响。结果表明,关于学会工作记忆行为学任务所需时间,rTMS组[(4.83±1.84)d]和iTBS组[(5.00±1.55)d]大鼠显著低于对照组[(7.83±2.40)d]和cTBS组[(9.33±2.07)d](P<0.05);各组间大鼠LFPs信号θ频段的DTF值无统计学差异(P>0.05),rTMS组和iTBS组大鼠γ频段的DTF值等网络参数均显著高于对照组和cTBS组大鼠(P<0.05)。rTMS刺激模式和iTBS刺激模式有助于增强前额叶皮层神经元集群间γ振荡的信息交互,从而改善工作记忆能力,iTBS以及rTMS对认知功能障碍的改善效果优于cTBS。研究结果可为不同模式经颅磁刺激技术的探索提供参考。

应用线性硅电极阵列检测海马场电位和单细胞动作电位

近年来,硅材料微电极阵列发展迅速,μ为研究大脑神经细胞活动的时空特性提供了理想的手段.考察了线性硅材料微电极阵列在神经细胞电位检测中的稳定性,以及对于单细胞动作电位检测的有效性.实验结果表明,在麻醉大鼠海马CA1区场电位记录中,上下移动记录微电极200μm,对于正向和反向诱发电位的记录几乎没有影响,说明,线性微电极阵列对于神经细胞的损伤很小,检测性能稳定.电极阵列上处于细胞胞体层的测量点可以有效地记录到CA1神经细胞的动作电位发放,同一记录点上可以清楚地分辨出数个不同神经细胞的发放电位.实验结果显示了硅电极阵列操作简便、检测信号稳定和获取信息多等特点,对于开展微电极阵列应用研究的工作人员具有借鉴作用.

局部场电位γ频带能量对朝向调谐特性研究

朝向调谐特性是初级视觉皮层(V1区)神经元感受野的主要特性之一.关于神经元朝向调谐特性的研究大多从锋电位(spike)发放率的角度出发,然而spike信号易受噪声干扰,在检测和采集过程中经常会发生假阳性、假阴性等问题,影响了后续分析的结果.研究了神经元局部场电位(LFP)信号γ频带能量对光栅朝向的调制机制,发现LFPγ频带能量与刺激朝向有着较强的相关性,携带视觉刺激朝向信息,并且利用LFPγ频带能量和spike发放率获得的神经元偏爱朝向一致率达到了67.4%,朝向调谐一致率达到了87.2%;在低信噪比的情况下,LFP比spike有更强的鲁棒性.因此可知,提取LFPγ频带能量是获得V1区神经元朝向调谐特性的又一有效途径,而且在低信噪比时比spike发放率更有优势.

大鼠视皮层场电位在发育过程中及LTP形成前后的变化

目的 探讨视皮层发育过程中场电位的变化规律及长时程增强 (LTP)形成前后场电位的变化规律。方法 应用视皮层脑片电生理技术 ,在大鼠视皮层脑片Ⅳ层刺激而在Ⅱ /Ⅲ层记录场电位 ,比较出生后第 2、3、5周场电位的变化。在第 3周龄的大鼠脑片中诱导LTP ,场电位稳定后以一组强直刺激诱导LTP ,并比较强直刺激前后场电位幅值、潜伏期以及斜率的变化。结果 第 3周诱导场电位的阈刺激强度较第 2及第 5周低。在第 3周龄大鼠的实验中 ,强直刺激后斜率增大与幅值升高呈正相关 ,潜伏期的缩短与斜率和幅值变化率的差值呈正相关。结论 发育过程中场电位的变化可反映皮层的发育。斜率综合了幅度及潜伏期的变化 。

基于局部场电位样本熵分析的麻醉深度监测

背景:目前的麻醉深度监测多以大脑皮质脑电信号分析为主,然而,大脑皮质脑电信号不能反映皮质下组织的功能状况、不包含高频信息并且易受外界环境干扰,从而导致基于大脑皮质脑电信号分析的麻醉深度监测在稳定性、精确性等方面有固有缺陷。目的:分析局部场电位信号样本熵在麻醉深度监测中的效果,实现麻醉深度的实时监测。方法:以大鼠为模型动物进行实验,对整个麻醉过程中的大鼠初级视觉皮质局部场电位信号进行快速样本熵计算,并对样本熵曲线动态变化进行分析,判定麻醉状态;然后将样本熵分别与大鼠尾部受热刺激时的甩尾延迟时间、局部场电位信号的中心频率和边缘频率做统计分析,验证基于局部场电位快速样本熵分析的麻醉状态判定方法。结果与结论:局部场电位信号的样本熵可以快速、准确、稳定地反映大鼠的麻醉深度,用于麻醉深度实时监测。

大鼠在体海马CA1区场电位引导新技术——刺激/记录/给药一体化装置的开发和应用

大鼠海马场电位记录是研究学习记忆的一个重要手段,尤以在体记录更具生理学意义.为克服目前在体海马场电位记录的弊端和诸多不便,提高实验效率,设计并完善了一套简便易行,融刺激、记录、给药于一体的大鼠海马在体CA1区场电位实验技术.将雄性SD大鼠麻醉后固定于脑立体定位仪上,利用自制的刺激/记录/给药联合装置,引导海马CA1区场兴奋性突触后电位(fEPSP).结果表明,使用刺激/记录/给药联合装置能长时间稳定记录由测试刺激诱发的海马CA1区fEPSP.高频刺激条件下,能成功诱导早期时相长时程增强(E-LTP)和晚期时相型长时程增强(L-LTP).海马内注射AMPA受体阻断剂CNQX(100μmol/L,1μl)可迅速抑制fEPSP,注射NMDA受体拮抗剂AP-5(100μmol/L,1μl)可明显压抑LTP,药物发挥作用的时间较侧脑室给药明显缩短,剂量减少.采用此联合装置还成功实现了PPF的稳定记录.总之,采用刺激/记录/给药一体化技术进行在体海马CA1区场电位记录的特点是简单、可靠、高效,可以为开展脑认知功能活动的电生理学研究奠定良好的基础.

越鞠丸对Balb/c小鼠和C57BL/6J小鼠抗抑郁作用与前额叶场电位差异性分析

目的:比较Balb/c小鼠和C57BL/6J小鼠中越鞠丸抗抑郁作用的差异并分析其对小鼠前额皮层(prefontal cortex,PFC)突触传递的影响。方法:成年健康的雄性Balb/c小鼠和C57BL/6J小鼠随机分为对照组和越鞠丸组,给药30 min后进行强迫游泳测试(forced swimming test,FST),运用电生理实验(electrophysiologicalexperiment)检测小鼠前额皮层的场电位(field excitatory postsynaptic potential,fEPSP)及长时程增强(long termpotentiation,LTP)。结果:强迫游泳测试中,Balb/c小鼠的越鞠丸组不动时间较对照组明显降低(P <0.01),C57BL/6J小鼠的的越鞠丸组和对照组在不动时间上没有明显差异(P> 0.05)。电生理实验中,Balb/c小鼠的越鞠丸组与对照组相比,场电位斜率百分比显著升高(P <0.01),而C57BL/6J小鼠的越鞠丸组和对照组的场电位斜率百分比无显著性差异(P> 0.05);Balb/c小鼠的越鞠丸组与对照组相比,长时程增强显著升高(P <0.01),而C57BL/6J小鼠的越鞠丸组和对照组的长时程增强无显著性差异(P> 0.05)。结论:越鞠丸可能通过增加Balb/c小鼠前额皮层的场电位及长时程增强以提高突触传递效能,从而产生抗抑郁作用。

基于局部场电位固有模态分量的响应调谐特性研究

局部场电位(LFP)反映了视觉刺激下大脑皮层局部区域神经元集群的响应。LFP响应特征的准确提取,对分析视觉信息的处理机制具有重要意义。本研究针对LFP的非平稳特性,采用具有自适应特征的希尔伯特黄变换,分解LFP固有模态分量,据此研究了大鼠V1区对刺激光栅空间频率的响应调谐特性,并与多神经元锋电位(MUA)和小波分解提取的Gamma频带进行了对比。结果表明:LFP第二阶固有模态分量对刺激光栅空间频率的调谐特性最强,调谐指数的均值(0.795 1)高于MUA调谐指数(0.631 3)和小波分解调谐指数(0.664 6),而且与MUA响应一致率达68.75%。所提出的方法在LFP响应频带特征提取上更有优势。

基于压缩感知的局部场电位信号重构算法研究

研究局部场电位信号(Local Field Potential,LFP)的重构问题。依据传统的采样定理对LFP信号进行采样,将会产生庞大的数据量,为LFP信号的传输、存储及处理带来巨大压力。为降低LFP信号的采样速率,减少有效的采样样本,提出压缩感知的局部场电位信号重构的新方法。利用LFP信号在变换域上的稀疏性,通过随机高斯测量矩阵将LFP信号重构模型转化为压缩感知理论中的稀疏向量重构模型。仿真结果表明,采样速率为奈奎斯特采样速率的一半即可准确重构LFP信号,且正交匹配追踪(OMP)重建算法要优于基追踪(BP)重建算法;当选用离散余弦矩阵(DCT)作为稀疏表示矩阵时,信号在正交匹配追踪和基追踪两种重构算法下都有很高的重构精度。

士的宁背景下电针诱导的大鼠传导性脊髓场电位

目的 探讨循经感传的实质。方法 采用计算机叠加技术 ,观察了皮下注射士的宁后电针解溪穴 ,对大鼠脊髓场电位 ( SFP)的影响。结果 士的宁背景下电针解溪穴 ,可在大鼠脊髓诱导出跨节段传递的传导性 SFP,其传导成分以 P2 、N2 波为主 ,氨基甲酸乙酯可使士的宁背景下的传导性 P2 、N2 波消失 ,SFP又恢复到用药前水平 ,说明此传导性 SFP与士的宁的作用有关。结论 推测士的宁背景下电针诱发的该传导性电位很可能就是形成循经感传的经气活动的客观表现形式之一。

臂丛神经损伤后疼痛患者脊髓后角自发场电位的监测及意义

目的:应用脊髓电图技术记录臂丛神经损伤后疼痛患者受损脊髓节段后角的自发场电位,观察脊髓后根入髓区(Dorsal Root Entry Zone,DREZ)切开前、后的电位变化,对结果进行描述性研究,并分析其临床意义。方法:使用Medcare Da Vinci数字信号采集系统,在每个患者记录3段脊髓电图,分别在DREZ切开前的健侧和患侧脊髓、DREZ切开后的患侧脊髓记录1段。共采集到15例患者的可供分析的脊髓电图,对其频率和特殊放电形式进行分析。结果:DREZ切开前的患侧和健侧脊髓以及DREZ切开后患侧脊髓的后角自发场电位背景电活动频率之间无统计学差异。DREZ切开前的患侧脊髓后角的脊髓电图比健侧更多出现尖波,存在统计学差异。DREZ切开后,患侧脊髓这种电活动全部消失。术后止痛疗效优秀率为93.3%。结论:尖波是患侧脊髓相对特异的异常电活动,是相对特异的监测指标;成功的DREZ切开术后,患侧脊髓的这种特殊电活动不再出现,尖波消失可以提示术后止痛效果良好。

经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆局部场电位gamma节律的影响

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型无创的神经调控技术,利用超声与静磁场相互耦合产生感应电场,调节相应脑区的神经节律振荡活动,从而影响大脑学习、记忆等认知功能。为探究经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆(WM)行为学实验中gamma节律神经振荡活动的影响,将20只健康成年Wistar大鼠随机分为对照组和刺激组,刺激组大鼠接受0.05~0.15 T、1.33~13.33 W/cm^(2)的经颅磁声电刺激,持续10 d,对照组不接受刺激;采集T型迷宫工作记忆任务中大鼠前额叶皮层(PFC)的局部场电位信号(LFPs),对比分析两组间的行为学差异、LFPs的时频分布和互信息相关性。结果显示,刺激组大鼠执行工作记忆任务达到正确率80%以上所需时间为(7.57±0.99)d,明显少于对照组(10.65±2.32)d(P<0.05);在经过选择点位置前后,2.66~13.33 W/cm^(2)组、0.10~0.15 T组大鼠LFPs信号gamma频段的能量密度明显高于对照组的相应值(P<0.05),6.65~13.33 W/cm^(2)组、0.10~0.15 T组大鼠gamma频段12通道信号间的相关性明显强于对照组的相应值(P<0.05)。研究结果表明,经颅磁声电刺激能够增强大鼠工作记忆中前额叶皮层神经元集群gamma节律振荡活动,为进一步探索经颅磁声电刺激调节大脑记忆功能的作用机制奠定基础。

局部场电位和微分特性影响下神经元网络发放锋电位的检测

在利用多电极阵列(multielectrode arrays,MEA)记录离体培养海马神经元网络的电生理研究中,发现电极附近神经元群体同步放电形成了局部场电位(local field potential,LFP),同时细胞外记录信号为跨膜电压信号的微分,这些因素使检测网络发放的锋电位遇到困难。为正确检测锋电位(spike),在综合比较多种检测方法的基础上,提出一种改进的峰值检测法,以0.6ms为判决阈值,有效解决了原峰值检测法因滑动窗分界导致的重复检测。通过该方法检测发育成熟的网络发放的锋电位,虚警率和漏报率分别为:5%±1%和2%±1%,效果优于传统的阈值检测法。上述结果表明,改进的方法适合于神经元网络电活动的研究。

神经性厌食症大鼠伏隔核神经元局部场电位分析

目的观察神经性厌食症大鼠模型伏隔核神经元的电活动并分析其局部场电位。方法实验动物分为运动诱发的厌食症（activity—basedanorexia，ABA）大鼠模型组及对照组（各12只）。ABA模型的建立基础是模型大鼠不受限制的滚轮运动以及限制饮食（1h／d），通过这种限制饮食及过度活动，造成明显的体重下降，从而模拟AN的行为学特征。通过微阵列电极记录大鼠在神经性厌食症病理及正常生理状态下伏隔核神经元的局部场电位。结果电生理记录显示模型组大鼠Nac神经元平均放电频率为（6．89±2．67）Hz，对照组为（3．22±1．23）Hz。模型组大鼠伏隔核神经元放电的峰峰间期散点图在200ms以下有密集分布。模型组伏隔核神经元放电峰峰间期直方图呈逐渐衰减的正偏态分布，对照组伏隔核神经元放电峰峰间期直方图呈对称分布；回归映射分析结果显示病理状态下数据明显较生理状态下集中。功率谱密度分析显示模型组在10-20Hz范围内出现了能量高值成分。结论神经性厌食症模型大鼠伏隔核神经元较生理状态下放电频率明显增加，峰峰间期序列发生明显变化，局部场电位模式发生变化。

基于鸽局部场电位信号的数字字符图像重建研究

利用鸽视顶盖神经元对视觉图像刺激产生的局部场电位信号(LFP),重建刺激数字字符图像。采用微电极阵列记录数字图像扫屏刺激下的神经元LFP信号,对其进行傅里叶变换并提取幅值、相位特征,然后利用逆滤波器算法构造重建模型,重建数字图像,并采用互相关系数进行评价。研究结果发现,在最优通道组合下,依据单因素重建试验,确定重建模型下神经元对视觉刺激的响应延迟时间为0.01 s,响应持续时间为0.55 s,频带范围为1 Hz<f1<30 Hz、140 Hz<f2<240 Hz。在各单因素最优的条件下,通过重建模型重建4只鸽子8组数据的10幅数字字符图像(0~9),与原始图像相比,其互相关系数均超过了0.90,总体互相关系数为0.935±0.01。总之,数字图像的扫屏视觉刺激模式所诱发的神经元响应可以以信息积累的方式重建该视觉刺激图像,同时也表明LFP信号的幅值、相位特征可较好地表征视觉刺激图像。

采用局部场电位小波包熵分析空间频率特性

空间频率是视觉刺激的基本特征之一,为了研究视觉皮层神经元对刺激空间频率的响应特性,提出了一种基于局部场电位小波包熵的分析方法。通过以Long Evans大鼠为模式动物进行电生理实验,分别采用神经元放电统计分析和局部场电位小波包熵分析,发现不同空间频率刺激下,小波包熵调谐曲线与全局神经元放电调谐曲线具有一致性,证明了局部场电位小波包熵可用于表征视皮层神经元对刺激空间频率的选择性。结果还表明采用基于局部场电位小波包熵分析时,各通道结果具有更好的一致性。

大鼠初级视皮层局部场电位γ振荡特性研究

提出了确定γ频带范围的方法,并研究了不同拓扑结构图形刺激下γ振荡响应的特征选择特性.首先,采用小波变换和功率谱相结合的方法确定了大鼠初级视皮层局部场电位γ频带的准确范围;然后,计算了不同拓扑结构简单图形刺激下其发生γ振荡的潜伏期和γ频带的功率与不同刺激序列之间的互信息曲线,提取互信息曲线的平均值、最大值以及最大值处的频率等3个特征;最后,采用单因素方差分析对这些特征进行统计分析.结果表明,麻醉状态下大鼠初级视皮层局部场电位在视觉刺激下存在显著的γ振荡现象,γ振荡对简单图形刺激的拓扑特征具有显著的选择特性.

成年大鼠视皮层局部场电位振荡特性的研究

目的从神经元集群层次上探讨大鼠初级视皮层(V1区)局部场电位振荡的层间特性。方法利用细胞外记录技术,记录麻醉状态下成年大鼠V1区的局部场电位振荡活动。经过快速傅立叶转换获得功率频谱图,分析V1区2+3层(L2/3)和5层(L5)低频段和高频段的功率成分,并计算功率比值。绘制功率比值与微电极穿行皮层深度分布散点图,比较L2/3和L511～20Hz局部场电位的频段功率值和功率比值差异,来观察成年大鼠V1区局部场电位振荡的层间差异。结果成年大鼠V1区L2/3以低频(2～5Hz)振荡为主,L5除了2～5Hz频段存在功率频谱高峰,在10～20Hz频段也出现了强烈的振荡活动。对皮层深度与功率比值绘制散点图并进行相关分析,结果显示两者呈正相关(r=0.663,P=0.000),回归方程为y=-0.649+0.001x。L2/311～20Hz频段功率值为(0.97±0.50)×10-8μV2·Hz-1,L5该频段功率值为(6.38±2.94)×10-8μV2·Hz-1,2层间比较差异有显著统计学意义(P=0.000)。结论成年大鼠V1区自发局部场电位振荡存在层间特性,较高频段振荡活动倾向于出现在L5。

杏仁核脑片场电位的记录及其应用

目的:探讨基底外侧杏仁核(BLA)离体脑片场电位的记录及其应用.方法:制备杏仁核脑片,在脑片上记录场电位,观察其药理学特性并引导杏仁核的长时程增强(LTP).结果:在脑片保持良好活性及记录系统噪音幅度小于0.01mV的前提下,应用国产微电极放大器及记录系统即可记录到稳定可靠的杏仁核场电位,大小约为海马CA1场电位的1/10;在灌流液中加入α-氨基羟甲基恶唑丙酸(AMPAR)受体拮抗剂氰基-2-硝基喹啉-2,3-二酮(CNQX)10μmol/L和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDAR)受体阻断剂D,L-2-氨基-5磷酸基戊酸(APV)100μmol/L后,场电位几乎完全被阻断.应用两串高频刺激(间隔10min)刺激外囊,在BLA可引导LTP.结论:杏仁核脑片可记录到稳定可靠的场电位,适用于研究杏仁核的突触可塑性等功能及探讨杏仁核在神经疾病中的作用及其机制.

全空间中空腔内壁点电源场电位的边界元算法及其应用

本文应用边界元数值计算法对全空间中空腔内壁点电源场的电位求解。并将其有效地应用于井下电阻率法三维模拟计算中，从理论上给出了巷道电阻率法中正常背景场与异常场的某些基本规律以及实际资料解释中所需注意的问题。