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深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)已广泛应用于多种脑神经系统疾病的临床治疗中,然而,临床DBS所采用的高频电刺激(high-frequency stimulation,HFS)的作用机制尚未明确,阻碍了 DBS技术的推广应用。许多早期研究关注于探讨HFS对神经元锋电位发放率的调节作用,对于发放率变化以外的其他信息的研究较少;近来的研究指出,HFS改变了神经元锋电位的发放模式,这种作用的影响可能远大于对发放率的调控。为探究HFS改变投射区神经元锋电位的发放率和发放模式的作用及其机制,本文在大鼠海马区的输入轴突束(Schaffer侧支)上施加HFS,通过考察CA1区神经元锋电位的发放率、熵、潜伏期和锁相值等多种参数,分析轴突HFS对下游投射区神经元锋电位发放的作用。主要研究结果如下:(1)轴突HFS兴奋并调制投射区神经元产生新的发放模式在HFS期间,CA1区神经元群体的多单元锋电位(multiple unit activity,MUA)、锥体神经元和中间神经元的单元锋电位(single unit activity,SUA)的发放率均显著高于基线水平;并且,HFS结束时存在一段没有锋电位的静息期。这些现象表明,轴突HFS可以兴奋下游投射区的神经元,同时抑制上游自发神经信号向下游传导。锋电位时间间隔(inter-spike interval,ISI)的概率分布数据显示,轴突 HFS 期间,ISI 集中分布于刺激脉冲间隔(inter-pulseinterval,IPI)的整数倍时间点附近,表明此时投射区神经元产生了新的有序发放模式,取代无刺激时原有的无序自发放模式。(2)轴突HFS削弱投射区神经元的信息熵轴突HFS建立的有序发放模式在提高投射区锋电位发放率的同时,可以减小ISI序列的熵,即降低各锋电位能够传递的信息量。该结果表明,轴突HFS能够降低轴突及终末突触向投射区神经元传递信息的能力,或许可以解释临床DBS与“损毁术”治疗效果类似的现象。此外,HFS对单突触中间神经元具备更高的兴奋性、锁相性和降熵效果,表明经过多级突触的传导之后,更广泛脑区内的神经元动作电位的发放模式逐渐接近无刺激作用的基线发放模式。(3)持续的HFS降低轴突及其终末对动作电位的传导能力轴突HFS的初始10-s时间内,投射区神经元SUA的发放率显著下降、潜伏期显著延长;随着HFS持续至1-min,锥体神经元和中间神经元SUA的发放率趋于稳定,此时,锋电位的潜伏期仍然会继续延长,且锁相性逐渐减弱。这些现象表明,HFS起始的1-min内,轴突及其终末对动作电位的传导能力存在逐渐减弱的过程,可能揭示了轴突及其终末的功能性变化(包括轴突阻滞、神经递质耗竭、突触可塑性变化等),并且,这种阻滞现象随HFS的持续存在逐渐加深的过程。持续的HFS可能通过降低锋电位与刺激脉冲之间的相位锁定关系,增强刺激的去同步作用。总之,本文研究了大鼠海马轴突HFS对于下游投射区神经元锋电位发放率和发放模式的调控作用。有关轴突刺激兴奋并调制投射区神经元有序发放、削弱神经元获得的有效信息量、降低轴突及其终末对动作电位的传导能力的研究结果,可用于解释DBS具有类似“损毁术”效果的原因,为揭示DBS的作用机制提供了新思路,对于DBS新型刺激模式的开发具有重要意义。