脑深部电刺激系统磁共振成像研究

目的评估脑深部电刺激(DBS)系统在帕金森病(PD)丘脑底核(STN)刺激术后磁共振成像(MRI)的安全性,分析扫描前后的伪影大小及其对电极阻抗的影响。方法纳入2023年5月—2024年6月在北京协和医院行DBS植入术后的23例PD患者,对所有入组患者行头部1.5 T MRI,记录扫描前后电极各触点阻抗值、温度和特殊吸收率(SAR)值,比较扫描前后各参数差异;分析患者扫描所得MRI图像的伪影,比较两种不同序列伪影体积的差别;探究电极阻抗变化与伪影体积的相关性。结果所有患者在1.5 T MRI扫描前后的温度和电极阻抗值差异无统计学意义,T 1序列双侧伪影体积平均值均大于T 2序列(P=0.001);扫描前后电极阻抗值变化与伪影体积无显著相关(r=-0.268,P=0.355;r=-0.389,P=0.170)。结论DBS植入术后1.5 T MRI扫描具备临床安全性,双侧电极植入引起的图像伪影在不同序列以及不同侧别的体积大小不同,但与扫描前后的阻抗值变化无明显相关。

电刺激期间神经细胞单元锋电位的检测

大脑深部电刺激(DBS)已成功用于临床治疗帕金森等中枢神经系统疾病;但是DBS的作用机制尚无定论。为了考察电刺激期间神经细胞动作电位(即单元锋电位)发放的规律,本研究设计了一种插值法去除刺激伪迹和大幅值诱发波,并设定信号斜率的阈值来自动选定插值区的端点,尽可能缩短锋电位的不可测期(NP)。该算法用于大鼠海马CA1区正向和反向电刺激期间锋电位的分析,结果表明:它可以将紧随刺激的NP缩短约8 ms;而且与线性插值相比,样条插值对于锋电位检测的影响更小。此插值法能够有效地用于高频串刺激期间锋电位信号的检测,从而为深入研究DBS期间的神经元活动提供了一种简单实用的新方法。

深部脑磁刺激术对慢性束缚应激大鼠习得性无助样绝望行为的疗效

目的探讨深部脑磁刺激术(DMS)对慢性束缚应激(CRS)大鼠模型习得性无助样绝望行为的治疗作用。方法 29只Sprague-Dawley大鼠随机分为对照组(n=8)和CRS组(n=21)。CRS组予以束缚应激,对照组不做任何应激处理。3周后,通过强迫游泳实验(FST)观察大鼠习得性无助样绝望行为,将具有绝望行为的CRS组大鼠随机分为假治疗组(n=6)、DMS组(n=8)和西酞普兰组(n=7),并接受相应治疗。1周后,观察各组在FST中的不动时间。结果 CRS组在FST中不动时间明显高于对照组(F=11.260,P=0.002)。治疗1周后,西酞普兰组FST中的不动时间无显著性差异(F=1.565,P=0.235);DMS组不动时间短于假治疗组(F=5.560,P=0.036),也短于治疗前(F=6.277,P=0.025)。结论 CRS可导致大鼠产生习得性无助样绝望行为,为期1周DMS治疗可改善该行为。

消除大鼠深部脑刺激伪迹的实验研究

目的消除刺激伪迹,以揭示DBS的作用机制。方法Spike 2系统特有的生物信号处理功能,综合使用数字滤波、双窗口电位与信号波形鉴别方法消除刺激伪迹。结果经刺激伪迹消除处理可以清楚显示脑内高频刺激期内神经元的放电活动的变化。结论我们的方法可有效地清除刺激伪迹。

低频刺激PPN影响PD大鼠丘脑腹外侧核递质水平

目的探索低频电刺激脚桥核(PPN)对偏侧6-羟基多巴胺(6-OHDA)毁损帕金森病(PD)大鼠丘脑腹外侧核(VL)神经递质水平的影响。方法 27只雄性大鼠随机分为假损毁组A(n=8)、损毁组B(n=9)和损毁+电极组C(n=10)。动物行离体定向手术后,进行微透析取样,对样品用高效液相和液相质谱(LC-MS)连用的方法检测神经递质浓度。结果 6-OHDA损毁后,大鼠VL内谷氨酸(Glu)和γ-氨基丁酸(γ-GABA)水平显著升高,乙酰胆碱(Ach)轻微下降;低频刺激PPN期间,Glu浓度显著降低,ACh轻微升高,γ-GABA没有变化。结论低频电刺激PPN可再平衡PD大鼠VL内Glu及Ach浓度,该作用可能与其改善PD大鼠姿势不稳和步态困难的机制有关。

长时程深部脑刺激外侧苍白球对转基因Huntington病大鼠认知和运动的影响(英文)

我们研究了深部脑刺激(deep brain stimulation, DBS)对转基因Huntington病大鼠认知能力和运动功能的影响。实验结果表明:电极植入手术能改善Huntington病大鼠的认知能力,例如:在选择反应时间实验(choice reaction time task,CRT task)中,反应准确率增加,偏倚率减少。但对不同基因型大鼠,改善程度相同。在对大鼠外侧苍白球部(GPe)进行长时间深部脑刺激后,反应准确率增加,不同基因型大鼠的增加幅度有所不同。另外,深部脑刺激后, CRT实验中的运动时间和反应时间并没有变化。但是纯合子大鼠的舞蹈样运动明显改善。本研究结果表明深部脑刺激转基因Huntington病大鼠的GPe能明显改善其认知能力和运动功能,这预示着DBS在Huntington病的治疗中将有很大的应用前景。

海马CA3区θ~γ神经振荡模拟刺激对大鼠空间认知能力的影响

目的:探讨海马CA3区θ~γ神经振荡模拟交替刺激对大鼠空间认知能力的影响及其机制。方法:依据迷宫电击回避实验结果将实验大鼠分为快回避反应组和普通回避反应组;利用在体脑深部刺激方法,模拟快回避反应组内生θ~γ神经振荡刺激普通回避反应大鼠海马CA3区,即为模拟刺激组。利用Y迷宫电击回避实验检测模拟刺激对大鼠空间认知能力的影响;利用小波包提取方法分析模拟刺激后大鼠海马CA3区θ~γ神经振荡相位-幅度耦合情况;利用蛋白质印迹法检测大鼠海马组织N-甲基-D-天冬氨酸受体2B(NR2B)亚型、突触后致密区95(PSD-95)的表达。结果:与普通回避反应组比较,模拟刺激组电击回避训练达标所需时间、达标所需测试次数、正确反应时间、错误反应次数均明显减少,正确反应率明显提高(均P<0.01);同时,模拟刺激组海马CA3区θ~γ神经振荡多个频段(3~5 Hz与30~34、38~42、44~48 Hz;5~7 Hz与42~46、44~48、54~58 Hz)耦合度明显高于普通回避反应组(均P<0.05);另外,模拟刺激组海马NR2B亚型及PSD-95表达量显著增加(均P<0.05)。结论:大鼠海马内生θ~γ神经振荡模拟交替刺激明显提高了普通回避反应大鼠空间认知能力,而这种空间认知能力的提高可能是由PSD-95调控的NR2B亚型介导的突触可塑性增强引起。

丘脑深部电刺激对脑外伤昏迷大鼠意识状态及前额叶皮质Orexins受体OX1R表达的影响

目的探讨丘脑深部电刺激(DBS)对脑外伤后昏迷大鼠的促醒作用及对Orexins受体1(OX1R)表达的影响。方法将54只SD大鼠随机分为3组:空白对照组(n=18,不做任何处理);对照组(n=18)和DBS组(n=18)。通过自由落体撞击大鼠脑部建立脑外伤昏迷大鼠模型,造模成功后对照组大鼠丘脑植入电极,但不予DBS,DBS组大鼠丘脑植入电极,并予DBS。用意识状态六级评分法评估大鼠的意识状态和行为学变化,并用Western-blot(WB)、免疫荧光技术检测3组大鼠前额叶皮质(PFC)区OX1R的表达水平。结果DBS 1 h后,DBS组16只出现翻正反射(16/18),对照组7只出现翻正反射(7/18),DBS组意识状态水平好于对照组(U=96.00,P=0.026)。在DBS刺激完成后的12 h,WB、免疫荧光技术检测Orexins受体OX1R的表达水平,DBS组均明显高于对照组(P<0.05);对照组明显低于空白对照组(P<0.05)。结论脑外伤昏迷大鼠可以通过DBS提高它的意识状态水平,其机制可能与DBS能上调PFC区OX1R的表达水平有关。

脑深部电刺激对海人酸致痫大鼠突触外GABAA受体α5亚基的影响

目的研究脑深部电刺激（DBS）对海人酸致痫大鼠突触外GABA。受体d，亚基的影响，探讨DBS更好的治疗靶点以及可能的治疗机制。方法成功制模雄性SD大鼠24只按随机数字表法分为癫痫组、丘脑底核DBS组及海马DBS组。通过行为学、实时荧光定量PCR和Western blot技术，分析突触外GABA。受体0L，亚基表达变化情况，及其与DBS治疗癫痫疗效之间的关系。结果在治疗期间，癫痫组、丘脑底核DBS组及海马DBS组癫痫发作次数分别为（8．5±0．9）次、（2．5±0．9）次、（1．9±0．6）次，丘脑底核DBS组及海马DBS组癫痫发作次数分别与癫痫组比较明显减少（P〈0．01），且丘脑底核DBS组与海马DBS组癫痫发作次数比较差异无统计学意义（P〉0．05）。实时荧光定量PCR检测显示癫痫组、丘脑底核DBS组及海马DBS组仅，亚基mRNA表达分别为0．26±0．04、0．62±0．07、0．79±0．05；Westernblot显示癫痫组、丘脑底核DBS组及海马DBS组仪5亚基蛋白表达分别为0．11±0．03、0．36±0．05、0．44±0．04。丘脑底核DBS组、海马DBS组与癫痫组之间Ⅸ，亚基mRNA及相关蛋白比较，差异有统计学意义（P〈0．01），且丘脑底核DBS组与海马DBS组比较差异有统计学意义（P〈0．01）。结论DBS可以有效抑制癫痫发作，可能与α5亚基的表达水平密切相关，选择海马作为DBS治疗靶点更有效。

基于伪影模板的术后电极定位方法

术后电极位置及轨迹信息是脑深部刺激临床疗效评估的有效工具,但是核磁图像中电极伪影严重地影响了术后电极位置的准确估计。该文提出基于核磁图像电极伪影估计术后电极位置的方法,进而确定电极与靶点核团之间的位置关系,有助于明确治疗疗效与电极定位之间的联系,更好地指导外科医生规划最佳植入通路和程控。进行了电极伪影体模实验和分析了10名帕金森病患者脑部核磁图像,结果表明:该方法可以测量电极在丘脑底核中的位置,并具有较小测量误差。

高频电刺激伏隔核壳部对肥胖大鼠摄食相关激素的影响

目的 探讨伏隔核壳部（NAc-sh）脑深部电刺激术（DBS）对肥胖大鼠摄食量和摄食相关激素分泌的影响.方法 取8周龄雄性SD大鼠60只,高脂饮食建立肥胖大鼠模型,6个月后取24只肥胖大鼠,采用随机数字表法随机分为NAc-sh高频DBS刺激组（简称刺激组）和假刺激组,每组12只.分别在双侧NAc-sh植入刺激电极固定装置.术后30 d大鼠进食完全恢复后,两组各选取进食量稳定的大鼠10只植入电极行刺激（电压3.0V,波宽100μs,频率180 - 200 Hz）或假刺激,并于刺激或假刺激前后断尾取血,放射免疫方法检测外周血胃促生长素、瘦素及神经肽Y（NPY）水平的变化.结果 刺激组大鼠刺激开始摄食量即较刺激前明显下降（P＜0.05）,刺激后血清瘦素和神经肽Y的浓度较刺激前明显下降[瘦素：（20±10） pg/ml对比（32±10） pg/ml;神经肽Y：（926±299） pg/ml对比（1302±287）pg/ml,P值均＜0.05],胃促生长素的血清浓度较刺激前明显增加[（1 603±848） pg/ml对比（1066 ±310） pg/ml,P＜0.05）,而假刺激组刺激前后进食量及胃促生长素、瘦素、神经肽Y的变化差异均无统计学意义（P＞0.05）.结论 NAc-sh高频电刺激能有效降低肥胖大鼠摄食量,外周血激素的变化可能与外侧丘脑的兴奋性改变有关.

丘脑腹内侧核高频电刺激改善帕金森病模型大鼠前肢使用不对称行为的研究

目的探讨丘脑腹内侧核高频电刺激能否改善帕金森病模型大鼠前肢使用不对称行为。方法将33只SD大鼠随机分为实验组22只和对照组11只。利用立体定向的方法将刺激电极埋入右侧丘脑腹内侧核,用于注射6-羟基多巴胺的套管埋入右侧内侧前脑束。实验组大鼠右侧内侧前脑束内注射12μg的6-OHDA,对照组注射相同体积的生理盐水。对造模前、造模后和给予DBS时的大鼠进行前肢使用不对称测试。黑质酪氨酸羟化酶免疫组化染色检测黑质多巴胺能神经元毁损程度。尼氏染色确定刺激电极尖端位置。结果从22只大鼠中获得了15只成功的PD大鼠模型。与毁损前相比,模型大鼠毁损后的不对称指数显著增大(P=0.000)。给予高频VM-DBS后,不对称指数显著下降,与毁损后未给予VM-DBS时比较,差异有统计学意义(P=0.009);而与毁损前相比,差异不显著(P=0.214)。给予低频VM-DBS后,不对称指数无明显改变,与毁损后未给予VM-DBS时比较,差异无统计学意义(P=0.4);而与毁损前相比,差异显著(P=0.036)。结论丘脑腹内侧核高频电刺激能够改善6-羟基多巴胺偏侧帕金森病模型大鼠的前肢使用不对称行为,丘脑腹内侧核可能是帕金森病深部脑刺激治疗的潜在有效靶核团。

高频电刺激丘脑背内侧核团对大鼠急性戊四唑癫痫模型的作用

目的 深部脑刺激(Deep brain stimulation,DBS)是治疗难治性癫痫的一种方式,以往的研究显示丘脑背内侧核团(Mediodorsal thalamic nucleus,MD)与癫痫发作相关,研究旨在探讨高频电刺激MD对急性戊四唑(Pentylenetetrazol,PTZ)癫痫模型中大鼠癫痫发作的影响.方法 实验选用由浙江医学科学院动物实验中心提供的成年健康雄性SD大鼠(280 ~350 g),根据不同刺激分为假刺激单双侧MD组、100 Hz高频电刺激(High frequency stimulation,HFS)刺激单侧MD组和双侧MD组,1Hz低频电刺激(Low frequency stimulation,LFS)刺激单侧MD组,共41只.用视频脑电装置同步记录各组PTZ急性致痫大鼠的行为和皮层脑电图,根据改良Racine分级系统评定癫痫发作等级.结果 LFS刺激单侧和HFS刺激单侧或双侧MD都不改变3级和5级发作的首个棘波或脑电图表现的潜伏期;HFS刺激单侧或双侧MD在减少阵挛性发作次数的同时能同步减少相应脑电图上的痫样放电次数;LFS刺激单侧MD在不改变阵挛性发作次数的同时也不改变相应脑电图上痫样放电波形及放电次数.相比于对照组(单侧或双侧假刺激组),HFS刺激单侧或双义侧MD能显著降低急性PTZ癫痫模型中大鼠发作的等级、缩短阵挛性发作(4~5级发作)的持续时间、减少相应发作的次数,但不改变肌阵挛性发作的潜伏期,而LFS刺激单侧MD对发作并无明显作用.结论 HFS刺激单侧或双侧MD可能是治疗全面性癫痫发作的一种潜在方法,临床中DBS的应用需要充分考虑癫痫发作的类型.