人类至今对脑的奥秘知之甚少,揭示脑的工作原理是当代自然科学最大的挑战之一。神经元是大脑的基本组成单位,神经元网络的信息感知、处理、传递机制是大脑高级活动的基础。因此,对大脑功能机制研究的一个有效途径在于对神经元的信号传递特性和对外界刺激的响应特性进行研究。本课题组首次提出了采用电压阈值测定法评价待测因素对神经元网络电兴奋性的影响,该方法具有快速、定量等优点,并且课题组前期利用了该方法对温度、酒精、乙酰胆碱等具有单向变化规律的外界因素进行研究。本论文选用具有双相作用的盐酸利多卡因作为研究对象,利用微电极阵列技术,通过对类神经元细胞网络(PC12细胞网络)和神经组织(大鼠海马脑片)在盐酸利多卡因作用下电刺激响应特性进行了初步研究,定量地分析了不同浓度盐酸利多卡因对PC12细胞网络和大鼠海马脑片电兴奋性的影响。另外本论文还进行了PC12细胞网络在不同浓度盐酸利多卡因作用下高内涵细胞组学实验,并与电压阈值测定法实验结果进行对比分析。本论文首先在MEA上培养PC12细胞网络形成类神经元网络,通过对不同浓度盐酸利多卡因作用下PC12细胞网络的电刺激响应信号探测实验,获得了PC12细胞网络在各个浓度盐酸利多卡因作用下的电刺激电压阈值。根据PC12细胞网络刺激电刺激电压阈值随盐酸利多卡因浓度的变化曲线,定量地分析了不同浓度盐酸利多卡因对PC12细胞网络电兴奋性的影响。结果显示：PC12细胞网络在盐酸利多卡因作用下电兴奋性的变化具有浓度依赖性。当盐酸利多卡因浓度在0.1～1.2μg/mL之间可抑制PC12细胞网络电兴奋性,即产生麻醉作用,其麻醉效果先随浓度增加呈正相关性,在浓度为0.5μmL时达到最佳麻醉效果,然后随浓度继续增加而呈负相关性。而当浓度超过1.2μg/mL后盐酸利多卡因可增强PC12细胞网络电兴奋性,即产生兴奋作用。且其兴奋作用随浓度增加而呈正相关性。但当盐酸利多卡因浓度超过1.5μg/mL后,PC12细胞网络达到并维持在较高的兴奋状态,且仅需最小量(1mV)的电刺激即可持续爆发响应信号。实验结果与文献报道相近。然后本论文又制备了12～14天SD大鼠海马脑片,进行了0.1～5μg/mL范围内多个浓度盐酸利多卡因作用下大鼠海马脑片的电刺激响应信号探测实验,获得了大鼠海马脑片在各个浓度盐酸利多卡因作用下的电刺激电压阈值。根据大鼠海马脑片电刺激电压阈值随盐酸利多卡因浓度的变化曲线,定量地分析了不同浓度盐酸利多卡因对大鼠海马脑片电兴奋性的影响。实验获得了与PC12细胞网络部分、文献报道相近的结果,即大鼠海马脑片在盐酸利多卡因作用下电兴奋性的变化具有浓度依赖性。当盐酸利多卡因浓度在0.1～1.2μg/mL之间可抑制大鼠海马脑片电兴奋性,即产生麻醉作用,且其麻醉效果先随浓度增加呈正相关性,在0.6μg/mL时达到最佳效果,然后随浓度继续增加而呈负相关性。而当浓度超过1.3μg/mL后盐酸利多卡因可增强大鼠海马脑片电兴奋性,即产生兴奋作用。且在1.3～1.5μg/mL范围内盐酸利多卡因对大鼠海马脑片的兴奋作用随浓度增加而呈正相关性。但当盐酸利多卡因浓度超过1.5μg/mL后,大鼠海马脑片达到并维持在较高的兴奋状态,且仅需最小量(1mV)的电刺激即可爆发响应信号。最后采用高内涵细胞组学分析系统对不同浓度盐酸利多卡因急性作用后的PC12细胞网络进行了荧光成像分析。首先采用PI染色方法对凋亡细胞进行标记,分析了0～1.7μg/mL浓度盐酸利多卡因急性作用15分钟后PC12细胞的凋亡程度。实验结果显示,盐酸利多卡因急性作用后PC12细胞的PI染色呈阴性,PC12细胞无凋亡现象,表明此浓度范围内盐酸利多卡因的急性作用不会导致PC12细胞凋亡。随后采用鬼笔环肽染色方法对PC12细胞的细胞骨架进行标记,分析了0～1.7μg/mL浓度盐酸利多卡因急性作用15分钟后PC12细胞的突起长度、面积的变化。结果显示,实验组与对照组中每个细胞的平均突起长度、面积具有明显差别。盐酸利多卡因急性作用后PC12细胞的平均每个细胞突起长度、面积具有浓度依赖性,其变化规律与电刺激电压阈值随盐酸利多卡因浓度变化的规律一致,从细胞组学角度(突起特性)验证了电压阈值法的结果。其原因可能是：盐酸利多卡因急性作用引起了突起长度的改变,进而促使PC12细胞上的钠离子通道密集带的长度与位置发生变化,由于钠离子通道密集带对神经细胞的电兴奋性具有调节作用,所以盐酸利多卡因引起的“钠带”变化最终导致细胞乃至整个网络的电兴奋性发生改变。