经颅磁声电刺激对新皮质神经元局部场电位影响的研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanjinxing1987
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静磁场和超声波共同作用下,通过产生的感应电场及超声效应作用于脑组织进行神经调控,该方法为经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic electric stimulation,TMAES),其具有较好的空间分辨率和穿透深度,有望成为研究神经类疾病的重要手段。本文旨在研究TMAES对神经元局部场电位(local field potentials,LFPs)的影响,探寻最优TMAES方案,以期为临床治疗提供参考。本文首先对TMAES的作用机制进行系统分析,计算了磁声电效应产生的感应电场,探讨了超声波空化效应及力学机械效应对神经元的作用机制;搭建及优化了经颅磁声电刺激及大鼠颅内声压检测平台,建立了不同聚焦超声强度下大鼠颅内声压与幅值信号间的关系,为后续实验中TMAES参数的计算提供了参考。将大鼠进行了T迷宫行为学实验,统计分析发现不同刺激参数对大鼠神经网络执行工作记忆任务时可引发积极作用或抑制作用。因此进一步设置了TMAES实验,利用多通道神经元信号采集技术记录不同参数刺激下大鼠的LFPs。通过预处理、陷波滤波、FIR滤波得到与工作记忆相关的γ频段LFPs,采用互信息分析方法对LFPs进行分析,当磁场强度、超声强度幅值一定时,0.5MHz作用下平均互信息值最高且标准差最小,即神经间信息交互最明显,则选用0.5MHz作为超声频率;通过对比三种不同状态静磁场及不同超声强度下的刺激效果发现,静磁场为0.1T时,超声强度幅值约为49 W/cm2时,平均互信息值最大且标准差最小,即可最大程度激发神经元间的信息交流,可视为TMAES最优参考刺激值方案。最后本文还重构了大鼠新皮质神经元模型,搭建由多个神经元构成的神经元簇模型,仿真分析了TMAES下神经元簇模型的放电方式和LFPs发放节律,结果显示,刺激模式的不同会引发神经元放电模式的改变,从而影响神经元簇系统内信息编码过程;且处于采集信号的电极丝附近神经元越密集,外界刺激后对LFPs的影响效果越好,进一步说明了磁声电效应及超声效应可引发神经元的兴奋性。综上所述,TMAES可增加神经元间的信息交互,也可抑制这种交流,因此可通过静磁场与超声耦合的刺激方式,根据所需的刺激效果对刺激参数进行设定,以达到相应的实验目的。
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