【摘 要】
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生物机器人是人类通过生物控制技术施加干预信号调控生物行为从而实现人类操纵的生物。植入脑电极刺激神经中枢控制动物是最主要的生物机器人控制方法,而脑电极的植入会造成脑损伤。低强度经颅超声刺激（Low-intensity transcranial ultrasound stimulation,LITUS）可以改善创伤性脑损伤（Traumatic brain injury,TBI）后引起的炎症反应。本课题
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（项目批准号:61573305,81871029）；
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生物机器人是人类通过生物控制技术施加干预信号调控生物行为从而实现人类操纵的生物。植入脑电极刺激神经中枢控制动物是最主要的生物机器人控制方法,而脑电极的植入会造成脑损伤。低强度经颅超声刺激（Low-intensity transcranial ultrasound stimulation,LITUS）可以改善创伤性脑损伤（Traumatic brain injury,TBI）后引起的炎症反应。本课题以鲤鱼为研究对象,探索低强度超声刺激对电极植入导致的鲤鱼脑损伤的保护作用。本课题的研究工作如下:面向生物控制建立鲤鱼脑损伤模型,鲤鱼（n=45）随机分为假手术组、电极植入电刺激损伤组、假手术加超声刺激组、电极植入电刺激与超声刺激组,进行21天的低强度超声刺激。设计了一种面向鱼类控脑技术应用的固定装置及方法。利用3.0T磁共振成像仪对鲤鱼在第1、7、14、21天进行T2WI与DTI磁共振扫描,检测脑组织损伤区域的T2值和各向异性分数（FA）值,21天后电极植入电刺激损伤组和电极植入电刺激与超声刺激组的T2值分别为（139.680±3.147）和（132.157±2.049）,FA值分别为（0.258±0.013）和（0.291±0.010）,结果表明低强度超声刺激能缓解脑组织的炎症反应,促进病变结构的修复。通过组织形态学检测电极植入电刺激损伤组电极植入后组织中含铁血黄素巨噬细胞的数量,其随着损伤时间的推移呈逐渐上升再下降的规律;比较21天后电极周围含铁血黄素巨噬细胞数量以及细胞形态,表明低强度超声刺激可以提高组织局部抗氧化活性。运用酶联免疫吸附检测各组BDNF与GDNF浓度,21天后电极植入电刺激损伤组和电极植入电刺激与超声刺激组的BDNF浓度值分别为（275.52±13.45）和（415.90±58.62）pg/ml,GDNF浓度分别为（1548.97±43.49）和（1744.36±75.96）pg/ml,表明低强度超声刺激可以增强内源性神经营养因子的表达,通过提高脑组织内BDNF和GDNF含量达到脑保护的效果。本研究将低强度超声刺激作用于脑损伤鲤鱼,应用磁共振成像技术、组织形态学检测和酶联免疫吸附三种方法对鲤鱼脑保护作用及机制进行了试验研究。研究表明,低强度超声刺激可以改善因电极植入导致的鲤鱼脑损伤,增强内源性神经营养因子的表达。低强度超声刺激可能是一种新的解决植入式神经电极与脑组织间界面问题与治疗脑功能障碍的策略。
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