经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种基于磁声耦合电效应的无创、高精度脑神经聚焦刺激方法,可调节神经节律振荡活动,从而影响大脑的运动、认知等功能。目的:探究经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响。方法:①动物实验:采用随机数字表法将24只Wistar大鼠随机分为4组,每组6只:正常对照组不进行任何干预;正常刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激(空间峰值脉冲平均强度为13.33 W/cm^(2),基波频率为0.4 MHz,基波周期数为1000,脉冲重复频率为200 Hz);模型对照组、模型刺激组通过腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶建立帕金森病模型,造模成功后,模型对照组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电假刺激,模型刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激,每天刺激时长2.0 min,刺激结束停留8-10 min后,采集大鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号并同时记录行为学正确率,对比分析各组局部场电位信号能量的时频分布情况和行为差异,当大鼠正确率连续3 d高于80%后停止刺激实验和T迷宫实验。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激下皮质-基底神经节回路模型,分别改变超声发射周期(5,10,20 ms)、超声发射占空比(30%,50%,90%)和感应电流密度(20,50,100μA/cm^(2)),比较不同刺激参数下健康与帕金森病大鼠beta振荡的功率谱密度值。结果与结论:①动物实验:正常对照组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.001),正常刺激组大鼠的空间学习能力强于正常对照组(P<0.05),模型刺激组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.01);正常对照组beta振荡能量分布较为集中,正常刺激组较正常对照组beta振荡信号能量有所降低,模型对照组与模型刺激组beta振荡能量广泛分布且能量值显著高于正常对照组、正常刺激组,并且模型刺激组beta振荡信号能量明显低于模型对照组;②建模仿真实验:不加刺激时,健康大鼠beta频段功率谱密度峰值(30 dB)显著低于帕金森病大鼠(55 dB);施加经颅磁声电刺激后,两组大鼠beta频段功率谱密度值普遍降低;beta频段功率谱密度峰值与超声发射周期呈正相关、与感应电流密度呈负相关,当超声发射占空比为50%时功率谱密度峰值最低;③结果表明:经颅磁声电刺激可抑制健康与帕金森病大鼠的beta振荡,进而改善大鼠的运动功能与决策认知功能。

声刺激联合认知行为治疗慢性耳鸣的初步探讨

目的 探讨声刺激联合认知行为治疗(CBT)对慢性耳鸣的临床疗效。方法 本研究将49例慢性耳鸣患者按照随机数字表法分为干预组(25例)和对照组(24例),所有患者均行声音刺激1个月。干预组患者同时接受持续1个月的个体化的CBT,对照组患者不接受个体化CBT。所有患者在治疗前和治疗后30 d均需填写问卷,包括耳鸣残疾评估量表(THI)、焦虑自评量表(SAS)及匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)。结果 两组患者均完成临床试验。治疗1个月后观察,对照组患者THI、SAS、PSQI的平均值分别下降15.58、15.46、4.96,干预组患者THI、SAS、PSQI的平均值分别下降40.52、41.76、7.72,差异具有统计学意义(P<0.05);且干预组患者THI、SAS、PSQI的得分均明显低于对照组。结论 声音刺激和CBT可以预测治疗效果,声音刺激联合CBT的治疗效果优于单独的声音刺激。性别、年龄和听力障碍是耳鸣最相关的危险因素。

基于皮层-基底神经节环路模型的经颅磁声电刺激对大鼠行为决策的影响

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可塑性与行为决策关系密切。该文基于皮层-基底神经节回路模型,模拟分别对健康大鼠、帕金森大鼠施加刺激后,不同脑区在奖赏选择任务中的神经活动,仿真分析不同感应电流强度对皮层神经元放电率和脑区间突触权重的影响。并通过行为学实验进一步探讨经颅磁声电刺激对健康大鼠与帕金森模型大鼠行为决策的影响。仿真结果显示,对健康大鼠施加刺激可提高前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重;对帕金森大鼠施加刺激可提高前运动皮层神经元放电率,调节前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重。实验结果显示,施加刺激后,大鼠的学习探索能力和空间记忆能力均得到了提高,且帕金森模型大鼠受刺激的作用效果更显著。研究结果表明,经颅磁声电刺激可提高大鼠的运动积极性和学习效率,且有助于改善基底神经节的功能失衡。研究结果为进一步探索经颅磁声电刺激调节决策认知功能的作用机制奠定基础。

经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P<0.05),且习得行为后继续刺激小鼠前额叶,各组小鼠T迷宫行为学实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。

刺激响应型光声纳米探针的构建及其生物医学应用研究

光声成像技术是一种集光学成像与声学成像技术优势为一体的无创成像手段。这种成像手段具有高的空间分辨率及深层组织穿透性能,在生物医学研究及临床应用领域中展现出巨大的应用潜力。近年来,为提高光声成像的实时诊断能力,研究者们开发了一系列刺激响应型光声成像探针,用于体内特定生物学事件的动态可视化示踪。该综述从刺激响应型光声探针的设计策略出发,并以内源性刺激源(如pH、酶、自由基等)及外源性刺激源(如光、温度、超声等)为分类,重点介绍当前光声成像在体内的研究进展。同时,对激活型光声成像技术的未来发展趋势进行展望,为光声成像探针的开发提供了参考。

声刺激重放方式对优先效应回声阈值的影响

针对优先效应研究中三种常见的声刺激重放方式对回声阈值的影响,开展了心理声学实验研究,同时测量了三种刺激条件下(基准、建立和破坏)四种类型刺激信号(噪声脉冲、语音、音乐和粉红噪声)的回声阈值。结果表明,耳机虚拟听觉空间法与扬声器重放法在回声阈值上没有显著差异,而它们的回声阈值与耳机双耳时间差法都存在显著差异,主要体现在长时刺激上。可能的原因是不同重放方式的空间定位因素差异。此外,随着刺激条件的变化(从基准、建立到破坏),三种刺激重放方式的动态回声阈值变化规律一致,即噪声脉冲刺激的回声阈值先增加后降低,三种长时刺激的回声阈值均未出现显著变化。

经颅磁声电刺激对老年小鼠电压门控钠钾离子通道的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其作用机制目前尚不清楚。目的:探讨经颅磁声电刺激调节老年小鼠神经兴奋性变化的内在介导机制。方法:取20只老年(15月龄)昆明小鼠,采用随机数字表法分为老年对照组(接受伪刺激)、磁场组(仅接受0.3 T的静磁场刺激)、超声组(仅接受2.6 W/cm^(2)的超声刺激)和磁声组(接受0.3 T静磁场、2.6 W/cm^(2)超声的耦合刺激),每组5只,刺激2 min/d,连续刺激14 d;另将5只青年(2月龄)昆明小鼠作为青年组(接受伪刺激)。刺激结束后,采用膜片钳技术分别记录小鼠脑切片中细胞激活、失活和复活过程中相关通道的离子电流。结果与结论:①与老年对照组比较,磁声组小鼠电压门控钠通道电流峰值升高(P<0.05),通道电流的激活曲线向左移动,失活曲线向右移动,恢复活性时间缩短(P<0.05),与青年组仍有差距(P<0.05);磁声组小鼠电压门控钾通道电流峰值降低(P<0.05),瞬时外向钾电流和延迟整流钾电流的激活曲线均向右移动,瞬时外向钾电流的失活曲线向左移动,瞬时外向钾电流的恢复活性时间延长(P<0.05),与青年组仍有差距(P<0.05);②结果表明,经颅磁声电刺激可以通过相关离子通道动力学特性的改变,产生激活钠离子电流并抑制钾离子电流的效果,进而提高老年小鼠的神经兴奋性,但尚不能达到青年小鼠的水平,这种神经调控技术有望为延缓衰老提供潜在的可能性。

经颅磁声电刺激下大鼠工作记忆中前额叶皮层因果连接网络特性分析

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型非侵入式的脑神经调控技术,利用静磁场和超声波耦合在脑组织中产生刺激电流以调节特定脑区的神经放电活动。本研究旨在从神经节律振荡与信息传递的角度,探究经颅磁声电刺激对大脑工作记忆功能的影响。将24只斯普拉格·道利(SD)大鼠随机分为对照组、超声组和磁声组,磁声组接受0.10 T、7.98 W/cm^(2)的刺激,超声组接受相同强度的超声刺激,对照组不接受刺激;采集T迷宫工作记忆实验中大鼠前额叶皮层的局部场电位(LFPs)信号,对比不同组别θ(4~8 Hz)和γ(30~80 Hz)频段LFPs信号的时频分布,并基于图论进一步分析前额叶皮层的因果连接网络特性。结果显示,磁声组大鼠在行为选择过程中θ和γ频段LFPs信号的能量值大于超声组与对照组(P<0.05);磁声组信号间平均因果连接强度高于超声组和对照组(P<0.05);磁声组大鼠工作记忆任务中θ频段因果连接网络的全局效率(E_(glob))和聚类系数(C)比超声组和对照组显著升高(磁声组:E_(glob)=0.134±0.033,C=0.837±0.071;超声组:E_(glob)=0.099±0.032,C=0.713±0.111;对照组:E_(glob)=0.068±0.022,C=0.554±0.118,P<0.05);磁声组γ频段因果连接网络的全局效率、聚类系数比超声组和对照组显著升高(磁声组:E_(glob)=0.116±0.031,C=0.789±0.106;超声组:E_(glob)=0.087±0.018,C=0.641±0.135;对照组:E_(glob)=0.066±0.012,C=0.480±0.091,P<0.05)。研究表明,TMAES增强了θ和γ节律神经放电活动,促进大鼠行为选择期间神经元集群之间的信息交互,提高工作记忆相关信息的传递效率,为进一步揭示经颅磁声电刺激调控大脑记忆功能的深层作用机制提供支持。

盐酸纳布啡分娩镇痛对胎儿声振动刺激反应的影响

目的探索研究分娩镇痛中应用盐酸纳布啡对胎儿声振动刺激反应的影响。方法选取136例初产妇作为本次研究对象,将其随机分为观察组与对照组,每组68例。对照组分娩镇痛采用罗哌卡因,观察组分娩镇痛采用盐酸纳布啡。对比2组产程用时、疼痛情况及胎儿声振动刺激反应进行分析。结果镇痛后,观察组产妇疼痛评分低于对照组(P<0.05),各个产程用时均短于对照组(P<0.05)。麻醉后,观察组声振动刺激反应各项指标,即胎儿胎动、胎心率加速情况及胎心率加速的幅度均优于对照组(P<0.05)。结论在分娩镇痛中,应用盐酸纳布啡镇痛效果明显,且对胎儿声振动刺激反应的影响较小,可被临床推广及应用。

经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析

为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明:TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明:TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.

超声神经调控器件、机理与应用研究进展

超声神经调控可无创、精准调控脑深部神经核团,为神经科学基础研究和脑疾病治疗干预提供了全新手段,得到了广泛的关注,是神经调控领域的前沿热点研究方向。本文综述了超声神经调控研究进展,重点阐述了体波换能器、声表面波器件和光声器件三类超声神经调控声学器件的原理与发展,分析了超声神经调控的机理研究,以及探讨了超声神经调控的生物医学应用。本文最后对超声神经调控研究进行了总结和展望,并探讨了声遗传学的未来发展。

节律性听觉刺激促进卒中后运动功能恢复的研究进展

节律性听觉刺激(RAS)是使用重复的、有节律的声音感觉信号,通过诱发有节奏的运动,促进因神经功能受损而出现明显运动功能障碍患者的运动功能恢复。RAS作为一种促进卒中患者运动功能障碍恢复的新兴干预手段,能够提高患者的步行能力,矫正异常步态,提高平衡功能,从而改善患者上下肢功能,其作用机制可能与节奏夹带运动系统、听觉-运动同步有关。此外,RAS还可与其他多种康复技术结合,更好地促进卒中患者运动功能恢复。该文将对RAS在卒中后患者运动功能恢复中的研究进展进行综述,为其临床应用提供参考。

经颅磁声电刺激对皮层锥体神经元的突触传递特性影响的仿真分析

短时程突触可塑性(short-term synaptic plasticity,STP)具备快速性、频发性特点,以多种方式在大脑记忆活动中对信息进行处理和神经元集群的选择,是工作记忆中储存过程的关键。经颅磁声电刺激(Transcranial Magneto-acoustic-electrical Stimulation,TMAES)作为一种超声和静磁场耦合作用于大脑的新型无创调控手段,对正常及病理生物组织的神经电活动均具有潜在的调节作用。本文旨在研究TMAES对皮质锥体神经元突触STP具体机制的影响,通过搭建皮质锥体神经元突触传递模型,探究不同刺激电流强度下皮质锥体神经元突触前钙离子浓度、囊泡释放以及突触后电位的变化情况。结果表明,随刺激电流强度增大,细胞内钙离子浓度变化频率明显升高且幅值变化增大,囊泡释放总量增加。而STP在刺激时间内总体呈减弱趋势,但随刺激电流增大在单个簇放电期间由平稳增强转变为先增强后抑制。研究结果有助于推动TMAES下皮层工作记忆网络动力学的研究,为进一步研究经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆的影响提供了重要参考价值和研究意义。

真人骨导耳声发射影响因素分析

基于双声抑制原理,使用四间隔范式测量刺激频率耳声发射信号以研究真人骨导的耳声发射,分析真人骨导中耳声发射的影响因素。进行了10名正常听力的受试者的刺激频率耳声发射信号的测量实验。实验结果表明,不同刺激强度下测量的刺激频率耳声发射信号频谱幅值不同,其在实验强度范围内随刺激强度的增长而提高;不同持续时间的探测声测量所得的刺激频率耳声发射信号趋势相似;乳突和髁突两个不同刺激位置下的刺激频率耳声发射信号相似,太阳穴处的刺激频率耳声发射信号与其他两个位置有差异。该文在1000∼4000 Hz频率范围内对刺激频率耳声发射的影响因素进行了探索分析,可为骨导的生理特性、经颅衰减、串声消除、响应补偿等研究提供理论基础。

基于H-H神经元模型的经颅磁声刺激对神经元放电活动的影响

为研究经颅磁声刺激时神经元的放电活动,基于H-H神经元模型,对经颅磁声刺激(TMAS)产生的感应电流与神经元模型放电活动响应特性之间的关系进行了仿真分析。仿真结果表明,在一个刺激周期内,神经元平均放电率和电位平均值均随刺激参数的变化而改变。进一步的动物实验结果表明,经颅磁声刺激中所使用的超声波和静态磁场的参数均会对局部场电位(LFPs)的功率谱和神经元锋电位平均发放率产生影响。通过改变经颅磁声刺激中超声波和静态磁场的参数可实现对神经元放电活动的调节。

经颅磁声刺激中超声刺激的作用与影响

目的 :探究经颅磁声刺激(transcranial magneto-acoustic stimulation,TMAS)中超声刺激(transcranial ultrasound stimulation,TUS)的作用与影响。方法 :设计健康小鼠及帕金森(Parkinson's disease,PD)模型小鼠的TMAS及TUS对比刺激实验,实验中建立TMAS组、TUS组及对照组,并分析刺激后3组小鼠的行为学及电生理结果。结果:健康小鼠及PD模型小鼠经TMAS及TUS后,其运动功能及学习记忆能力均得到改善,改善的效果为TMAS组>TUS组>对照组。结论:TMAS中的TUS对刺激效果起到了促进作用;TMAS实际上是一种结合了耦合电场与声场的复合刺激;该研究也进一步阐释了TMAS的作用机制。

对侧白噪声刺激对正常人瞬态诱发耳声发射的影响

近年发现对侧声刺激可引起耳声发射（ＯＡＥｓ）减弱；认为是由于内侧橄榄耳蜗系统对外毛细胞的调控所致。本实验观察了对侧耳给予白噪声对正常人瞬态诱发耳声发射（ＴＥＯＡＥｓ）的影响，结果表明对侧声刺激能抑制ＴＥＯＡＥｓ，抑制作用随对侧刺激声强的增大而增大；讨论了本实验的有关影响因素及ＴＥＯＡＥｓ受抑制的机理，认为通过检测对侧声刺激对ＯＡＥｓ的抑制作用可以了解内侧橄榄耳蜗系统的功能。

小波变换在去除瞬态诱发耳声发射中刺激伪迹的应用

耳声发射（Ｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍ ｉｓｓｉｏｎｓ，ＯＡＥｓ）是目前对外周听觉系统是否完好无损评价的客观指标。在瞬态刺激诱发耳声发射（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｅｖｏｋｅｄ ＯＡＥｓ，ＴＥＯＡＥｓ）的初始部分通常混杂有刺激伪迹成分（主要指耳道对刺激声直接反射的回声），它阻碍了具有短潜伏期的高频耳蜗响应，这就使得ＯＡＥｓ的测量在临床使用中受到了很多的限制。我们提出了一种基于离散小波变换预处理的去除伪迹方法，该方法不仅能够有效地去除刺激伪迹，而且能够有效的提高耳声发射的信噪比。

经颅磁声刺激作用下耦合神经元的去同步研究

基于全同HR神经元的耦合系统模型,应用Simulink平台建立系统仿真模型,研究经颅磁声刺激对神经元同步活动的影响。通过分析不同参数下的经颅磁声刺激对神经元去同步的作用效果,发现适当参数下的外加磁声刺激可以有效减弱神经元的同步性。仿真结果表明:超声强度为0.7~0.8 W/cm^2时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元出现去同步现象,从1.3~3.0 W/cm^2逐渐增大时,耦合神经元去同步指数Q值由0.041 7逐渐增大到0.625,神经元的放电模式发生了改变。调制超声波的占空比从40~70%变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元的去同步对经颅磁声刺激具有敏感性;当调制超声波的周期从170~180 ms变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元呈现去同步状态。研究结果揭示出经颅磁声刺激对耦合神经元去同步的作用规律,有助于探索经颅磁声刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理。