经颅超声刺激对神经元放电节律和脑血氧代谢作用研究

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经颅磁声刺激(transcranial magneto-acoustical stimulation,TMAS)是一种能够调节神经活动的脑刺激技术,它利用超声和静磁场共同作用在神经组织或组织液中产生的电流来实现对神经元的调节。它具有高空间分辨率和良好穿透深度的优点,但其对神经元的影响目前还不确定。因此,对经颅磁声刺激的研究具有重要的意义。本文分为理论研究和实验研究两部分内容,理论方面主要是在TMAS的基础上研究了不同模型下的放电频率适应性或是放电节律;实验方面主要是研究了经颅超声刺激(transcranial ultrasound stimulation,TUS)下脑血氧代谢的情况。  首先是基于Ermentrout神经元模型研究了在TMAS下磁场强度、超声强度、超声频率、占空比以及调制频率对神经元放电频率适应性的影响作用。研究结果有助于揭示TMAS对神经元放电频率适应性的作用机制,为其在神经精神疾病方面的治疗提供理论依据。  其次是基于Averaged-Hodgkin-Huxley(AHH)神经元模型研究了在TMAS下幅值频率比与电流密度对神经元膜电势幅值、膜电势峰峰间期以及膜电势发放率等放电节律的调控作用。研究结果表明了TMAS对神经元放电节律的影响作用,有助于TMAS在神经疾病治疗和康复方面的探索应用。  最后,研究了TUS下脑血氧代谢情况。其研究的目的是为了评估低强度TUS对脑血氧代谢活动的影响。低强度TUS应用于调节老鼠运动皮层进而导致面部肌肉的收缩以及胡须的抖动,同时内源信号光学成像监测缺氧血红蛋白的变化。实验结果表明TUS导致了缺氧血红蛋白的下降,在刺激2.6秒之后达到峰值随后恢复到基准状态。此外,还发现了组织区域的缺氧血红蛋白的峰值明显低于静脉区域。这些结论表明低强度TUS能够引起脑血氧代谢的变化,潜在地解释了TUS敏感性的变化。  上述研究成果揭示了经颅磁声刺激以及经颅超声刺激在生物神经系统中的作用机制,为神经类疾病的治疗提供了理论基础。
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