经颅磁声电刺激是一种新型无创神经调控技术,该技术利用静磁场和声场共同作用于神经组织,以产生耦合电场并诱发感应电流实施神经刺激和调控。具有安全无创、高分辨率,、高穿透深度的突出优势。现有文献常采用仿真建模和电生理实验探讨其生物效应和作用机制,目前仿真研究多基于单神经元及耦合神经元开展工作,然而对特定脑区及其关于电化学突触的神经网络讨论较少。利用神经网络研究脑功能是有效的研究手段,本文采用神经网络建模与动物实验相结合的方法,从神经信息编码和神经集群钙荧光信号的角度,探索经颅磁声电刺激对小鼠海马区神经网络信息编码的作用机制。主要研究内容包括以下几个部分:1、从微观离子角度分析经颅磁声电刺激对海马区钙浓度的影响,构建磁声电刺激下海马CA3区神经元模型。研究磁声电刺激对海马锥体神经元内钙离子浓度的响应,确定神经元膜电位与感应电流之间的关系。仿真结果表明,被刺激脑区锥体神经元钙信号浓度变化与磁声电刺激强度呈正相关,钙离子变化频率和幅值随刺激强度增加而上升,钙离子浓度能够表征经颅磁声电刺激下膜电位的变化规律。2、针对小鼠海马脑区神经编码机制,基于Izhikevich神经元构建不同耦合形式的神经元网络,包括兴奋和抑制性电耦合模型,模拟海马区中锥体神经元和中间神经元。分析经颅磁声电刺激下不同类型神经元耦合指数,对比不同刺激方式下神经网络的信息传递特性。结果表明,经颅磁声电刺激对抑制性神经元耦合模型的影响更大,相比经颅磁刺激更能引起电耦合和化学耦合神经元网络中放电尖峰数量。抑制性神经元更够将编码信息传递到深层网络。3、为探究经颅磁声电刺激对海马区神经网络的调控效果,本文设计了光纤光度检测技术进行小鼠海马CA3区钙离子检测实验,记录不同刺激方式下的神经细胞钙瞬变信号,并开展新物体识别实验,进行统计学分析。结果显示,磁声电刺激与超声刺激相比,能够显著改变小鼠海马CA3区钙离子浓度,延长钙瞬变信号峰值时间,提升钙信号变化频率范围,并促进小鼠认知能力的提升,其作用机制可能是通过感应电流调控神经膜电位,进而影响膜上钙离子通道。4、针对现有技术不能同步检测生化信号和神经电信号的不足,本文提出一种刺激响应信号检测的方法和系统,以期融合微观光纤光度检测技术和宏观在体多通道神经电生理记录系统,设计包含光电信号收集的可变磁场刺激装置。该装置将局部场电位信号的耦合强度与荧光信号变化强度进行融合构建调节指标,有助于实现精准调控。综上所述,经颅磁声电刺激可以改变海马区锥体神经元的放电活动,实现了对海马区神经网络放电活动的调节,具有促进神经活动的效果,可提高小鼠认知指数。研究结果为揭示经颅磁声电刺激的深层网络信息传递作用机制提供了参考和依据,对经颅磁声电刺激应用于临床退行性神经精神类疾病治疗具有一定的推动作用。