经颅磁声耦合电刺激技术应用于小鼠的实验研究

研究经颅磁声耦合刺激技术(transcranial magneto-acoustic stimulation,TMAS)在体小动物脑神经刺激效果。搭建了针对小动物模型的TMAS系统。设置TMAS系统参数,对健康鼠及帕金森(parkinson's disease,PD)模型鼠进行经颅聚焦磁声刺激实验,并分析行为学及电生理结果。经过TMAS刺激后,行为学结果表明磁声刺激组小鼠在主动探索学习能力和运动能力显著高于对照组;电生理结果表明TMAS刺激后PD模型鼠海马区黑质神经突触活性提高。实验结果验证了TMAS技术对小鼠脑神经刺激的有效性。该技术的进一步研究将具有更好的应用前景。

听觉神经通路在磁声耦合刺激调控运动皮层中的作用

经颅磁声耦合刺激(TMAS)技术可以无创地实现包括深部脑区在内的全脑区毫米量级的精准电刺激。现有的实验研究结果已初步证实,TMAS是同时包含耦合电场与声场的复合物理刺激。最新的研究结果表明,听觉神经通路是聚焦超声调节皮层神经活动的必要条件。首次采用听觉通路被破坏的耳聋模型小鼠进行在体TMAS及TUS的对比刺激,分析听觉神经通路在TMAS神经调控中的作用。在造模后的不同时间点,采集耳聋组小鼠(n=6)与对照组正常小鼠(n=6)在TUS与TMAS作用下诱发的肌电信号(EMG),并记录运动反馈,对比分析两种刺激对耳聋小鼠与正常小鼠运动皮层的不同调控效果。结果显示,造模后1、12、24、48 h,耳聋小鼠在TMAS与TUS下的运动反馈均逐渐消失,EMG成功率均下降至3.33%;相同时间点的正常小鼠在两种刺激下均能产生运动反馈和EMG,且TUS与TMAS组的EMG成功率无统计学差异(P=0.296),但其TMAS组的EMG均方根幅值大于TUS组,具有统计学差异(P=0.0011)。结果表明,无论TMAS与TUS,其刺激效果均严重依赖于听觉神经通路的完整性。通过耳聋组与正常组TUS与TMAS刺激结果的对比,验证在对运动皮层刺激时,听觉神经通路的存在是聚焦超声场进行调控的必要条件;而TMAS的刺激效果主要依赖于超声场的调控作用,听觉神经通路对TMAS的调控效果同样具有决定性影响。进而说明,在运动皮层刺激时,TMAS中的耦合电场可提高超声场的调控作用。

异氟烷麻醉对小鼠自发肌电及TUS/TMAS诱发肌电的影响

经颅超声刺激(TUS)和经颅磁声耦合刺激(TMAS)调控运动皮层效果明显,但受限于清醒状态动物难以束缚,已有研究大多在麻醉状态下进行,对麻醉减弱调控效果的分析集中于中枢神经系统。本研究记录了异氟烷麻醉下24只小鼠的肢体自发肌电和TUS/TMAS诱发肌电,定量分析了麻醉对自发肌电和诱发肌电发放率、潜伏期、时长和幅值的影响。结果显示,随着异氟烷输出浓度从0.40%增加至0.75%,每周期内小鼠自发肌电频次减少约50%,肌电发放时长变短,呈抑制状态;TUS/TMAS诱发肌电的成功率分别降低约50%和70%、潜伏期均延长约0.1 s、时长分别缩短约0.3和0.5 s,表明TUS/TMAS对运动皮层的调控效果随麻醉程度的加深而减弱。肢体自发和诱发肌电在发放率和时长上存在关联性特征,提示麻醉状态下小鼠自发肌电抑制状态可能是刺激效果减弱的影响因素之一。