经颅电刺激对衰老及阿尔兹海默症认知功能的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxiaoDang
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阿尔茨海默症(Alzheimer’s Disease,AD)是神经退行性疾病中最为常见的一种,在发病率、患病率和致残率上具有较高的比例,给人类健康生活带来了严重的威胁。AD的主要临床表现为认知功能损伤,生活自理能力丧失,且伴有不同程度的神经精神症状及行为障碍。AD致病机制尚不清楚,目前主要有Aβ学说、Tau蛋白代谢异常学说等几种假说。AD治疗方法主要包括药物与非药物疗法。当前的药物疗法可以缓解AD病情发展,但并不能从根源上遏制或治愈AD。经颅电刺激是一种非侵入性的脑部电刺激方法,主要包括经颅直流(tDCS)与交流电刺激(tACS),可以对神经系统进行调节,其机制涉及兴奋抑制平衡、神经可塑性的改变等。目前临床研究显示,tACS和tDCS在改善认知方面具有较好效果,并且,tDCS在延缓正常脑衰老方面取得了诸多进展,但两种技术在动物模型上的研究相对较少,尤其在改善AD病理性脑衰老方面的研究更为缺乏。本研究主要探讨tDCS与tACS对正常衰老小鼠、APP/PS1双转基因AD模型小鼠认知功能、神经活动的影响。首先,我们在正常衰老小鼠上进行实验,比较经颅电刺激前后小鼠认知行为指标的差异,主要采用旷场、水迷宫、探索型Y迷宫、新异物体识别等实验范式;其次,我们在AD模型小鼠上进行实验,采用自身对照设计,比较经颅电刺激前后小鼠行为指标以及电生理指标的差异,主要采用小鼠自发脑电记录(EEG)与任务态EEG记录技术,其中后者包括旷场、探索型Y迷宫两种范式下的EEG记录。本研究主要结果如下。(1)正常衰老小鼠结果。刺激前:衰老早期和晚期小鼠的认知行为检测结果具有一定差异。衰老过程整体降低了小鼠水迷宫学习记忆能力,以及对旷场和新异物体的探索能力。衰老过程的早期可以影响小鼠对Y迷宫和新异物体识别的记忆能力,但在晚期阶段这两种记忆能力有所恢复。刺激后:数据主要分析对衰老早期小鼠的影响,两种经颅电刺激对不同年龄小鼠行为影响具有一定差异。旷场结果显示,tACS在年青小鼠上增加了焦虑程度,在年老小鼠上则降低了探索能力。Y迷宫和新异物体识别结果显示,两种刺激,尤其是tACS,在年老小鼠上对记忆能力具有增强作用,但在年青小鼠上没有明显或具有反作用。水迷宫结果显示,两种刺激对两个年龄段小鼠无显著影响。(2)AD模型小鼠结果。数据主要分析刺激前后指标的变化量。首先,功率谱整体变化分析显示,经颅电刺激对不同基因型小鼠Hip和PFC脑电活动的影响主要体现在频段上,并且在任务态EEG范式下具有显著性差异。tDCS对WT小鼠的影响主要在高频波段(Beta-Gamma;14-34 Hz),而对AD小鼠的影响除theta以外的波段都有;tACS对WT小鼠的影响主要在低频波段(Delta-Theta;2-8 Hz),而对AD小鼠的影响主要在高频波段(Beta-Gamma;15-33 Hz)。并且,在两种刺激对不同基因型小鼠脑电活动影响中,tDCS显著降低WT小鼠自发状态下的PFC全频段脑电活动。其次,频段相对功率分析(对不同频段的相对功率进行分析)显示,在自发状态下的EEG记录下,两种刺激的影响主要体现在Gamma功率上,tDCS增加了两种小鼠Hip的Gamma功率,而tACS对AD小鼠Hip与PFC也具有增强作用;在任务态EEG记录下,两种刺激对不同小鼠Hip和PFC的theta或gamma具有增强作用,而对其余波段具有降低作用,并且,这些变化在不同基因型小鼠上表现出差异。最后,任务态范式下行为分析显示,两种刺激对不同基因型小鼠的Y迷宫和OPF指标影响差异不大,整体而言,两种刺激影响小鼠在Y迷宫中对新异臂的探索次数,tACS表现出一定的增强作用。本研究主要结论如下。(1)tDCS和tACS在衰老的早期阶段可以在一定程度上恢复小鼠的认知能力,尤其是tACS。(2)tDCS和tACS对AD和WT小鼠Hip和PFC的EEG影响差异主要体现产生变化的频段上,其作用可以在任务态的EEG记录模式下检测出来。(3)tDCS和tACS对小鼠的EEG频段相对功率也有影响,主要为增强Gamma功率,其作用可以在自发状态与任务态的EEG记录模式下检测出来,并且在AD和WT小鼠上也具有差异。(4)tDCS和tACS对AD和WT小鼠的行为指标影响差异不明显,整体而言,tACS对小鼠认知功能具有一定的促进作用。
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