目的:神经系统在高级认知过程中伴随着神经元复杂的电活动变化,大量的神经元的同步发放可引起局部场突触后电位的规律变化而形成神经网络振荡,脑内存在各种模式的场电位节律振荡,其中gamma振荡对学习和记忆过程起到关键的作用。阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的病理变化改变了神经元间的解剖和功能联系及其对应的神经环路和神经网络的特性,表现为AD患者的gamma振荡活动减少。本实验室前期研究发现有氧运动可以减轻AD模型病理性改变,改善认知功能。本研究采用多通道在体记录技术,研究有氧运动对APP/PS1/Tau小鼠海马CA1区和前额叶皮质局部场电位gamma节律的影响,从神经网络层面进一步探讨有氧运动优化脑功能的神经电生理学机制。方法:(1)实验分组:6月龄APP/PS1/tau转基因小鼠和C57对照组小鼠随机分为AD模型安静组(AS)、 AD模型运动组(AE)、正常安静组(CS)、正常运动组(CS)。CE、AE组进行12周规律有氧运动。(2)运动方案:CE、AE组首先进行3天的适应性训练,随后进行每周5天,每天60min的跑台运动,前10min运动负荷12m/min,后50min运动负荷15m/min,跑台坡度0°,共持续12周。(3)依据小鼠脑立体定位图谱将微丝阵列电极植入目标脑区,一周后,采用多通道在体记录技术记录海马CA1区和前额叶的场电位,多窗谱估计法计算各组小鼠清醒状态下前额叶和海马CA1区theta时段的gamma能量和睡眠状态下海马CA1区棘波-涟漪波(Sharp Waves and Ripples,SWR)时段的低频gamma能量。结果:(1)各组小鼠在清醒自由探索时,海马CA1区theta时段的标准化gamma能量分别为:CS组0.507±0.023,CE组0.534±0.031,AS组0.329±0.050,AE组为0.498±0.056,双因素方差分析显示,基因型*运动与否交互项具有统计学意义(F=290.164,p=0.000<0.01);成对比较结果显示AS组theta时段的gamma能量显著性低于CS组(p=0.000<0.01),CS组显著低于CE组(p=0.000<0.01),AE组theta时段的gamma能量高于AS组,具有非常显著性差异(p=0.000<0.01)。同时清醒自由探索时,各组前额叶theta时段标准化gamma能量分别为:CS组0.546±0.014,CE组0.597±0.045,AS组0.428±0.054,AE组0.480±0.037,双因素方差分析显示,基因型*运动与否交互项不具有统计学意义(F=0.000,p=0.990>0.05),说明运动对AD模型组、对照组的影响相同,即运动可使模型组和对照组前额叶theta期间的gamma能量增加。成对比较结果显示:AS组低于CS组,具有非常显著性差异(p=0.000<0.01)。CS组显著低于CE组(p=0.000<0.01),AE组高于AS组,差异具有非常显著性(p=0.000<0.01)。说明9月龄APP/PS1/Tau小鼠清醒探索时海马CA1区、前额叶区theta时段的gamma能量显著下降,12周有氧运动有效提高9月龄APP/PS1/Tau小鼠和对照组小鼠清醒探索时海马CA1区及前额叶theta时段的gamma能量。(2)各组小鼠睡眠时海马CA1区SWR时段标准化低频gamma能量为:CS组0.553±0.036,CE组0.544±0.034,AS组0.501±0.031,AE组0.543±0.034,双因素方差分析显示,基因型*运动与否交互项具有统计学意义(F=11.804,p=0.001<0.01)。成对比较结果显示:AS组小于CS组,具有非常显著性差异(p=0.000<0.01)。CS和CE组差异不具有统计学意义(p=0.403>0.05),AE组大于AS组,差异具有显著性(p=0.000<0.05)。说明9月龄APP/PS1/tau小鼠在睡眠SWR时段,海马CA1区低频gamma能量显著下降,并且12周有氧运动可有效提高APP/PS1/TAU小鼠海马CA1区SWR时段的低频gamma能量。结论:9月龄APP/PS1/tau小鼠出现海马CA1区和前额叶gamma频段的神经网络异常,有氧运动可改善AD神经网络状态,提高theta时段和SWR时段gamma频段能量是其整体行为学改善的神经网络机制之一。