基于磁声耦合效应的小动物经颅电刺激系统及初步应用研究

发布时间：2020-10-17 04:15

　　 经颅磁声耦合电刺激是一种利用超声波和静磁场共同作用于脑组织,对神经元产生刺激效果,从而影响脑内神经电活动的新型非侵入式脑刺激技术。它可以弥补现有无创神经电刺激技术在空间分辨率、刺激穿透深度等方面的不足,是一种具有深远意义和重要应用前景的脑刺激技术。但是目前对该电刺激方法的研究还处于理论验证或仿真研究阶段,对其作用于动物体的实际效果的研究有着重要的意义。本文首先设计并建立了一套用于经颅磁声耦合电刺激的小动物实验系统,设计并制作了系统中的超声信号发射模块及磁兼容小鼠固定装置。并对系统性能进行了测试,验证系统可以满足实验中对小动物刺激的技术需求。然后,使用建立的小动物实验系统分别对小鼠的不同脑区开展了系列实验研究。1.使用经颅磁声耦合电刺激作用于小鼠大脑运动皮质,观察运动反馈并记录前肢肌电信号,并对肌电信号去噪分析。实验结果表明经颅磁声耦合电刺激能够有效刺激运动皮质,诱发肌肉运动,证明经颅磁声耦合电刺激技术确实可以用于小动物在体神经刺激。2.针对经颅磁声刺激过程中同时存在的超声刺激,比较了两种刺激在不同强度下诱发的小鼠肌电信号,探讨了超声刺激在磁声刺激过程中的作用与影响。3.将经颅磁声耦合电刺激作用于小鼠海马区,设计健康鼠与帕金森氏病模型鼠分组对照实验,并通过行为学分析和电生理结果验证经颅磁声耦合电刺激对小鼠海马区的作用效果。更进一步,增加了超声刺激组做对照,对比分析了超声刺激与磁声刺激效果。实验结果证明,经颅磁声耦合电刺激在一定程度上改善了小鼠的运功功能及海马区神经突触可塑性。超声刺激也起到一定程度的改善作用,但效果不及磁声刺激。最后,分析实验结果并进行了讨论,实验结果验证了经颅磁声耦合电刺激作用于在体动物的安全性及有效性,并发现磁声刺激中同时存在的超声也对刺激效果有一定的贡献。进而,对经颅磁声耦合电刺激的作用机制进行了讨论,认为经颅磁声刺激实际上是一种结合了耦合电场与聚焦声场的复合刺激。
【学位单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318;TB552
【部分图文】：

ｔＤＣＳ使用低强度的恒定电流直接作用于头皮，将正负极连接至头颅两端，一??级放置刺激脑区的对应区域，另一级放至对侧眼窝上方，电流从正极流向负极，从??而影响脑神经元在此过程中的放电［１３］，装置如图１－２所示。但０前为止，ｔＤＣＳ如??何凋节大脑活动和改变行为的机制仍不清楚。现阶段认为，其主要机制之一是他可??以改变神经元的静息电位，使神经元细胞发生超极化或去极化，从而调控神经元兴??奋性［１４］。ｔＤＣＳ的方式有３种，分别是阳极刺激、阴极刺激以及伪刺激。一般来??说，阳极刺激能增强刺激部位神经元的兴奋性，刚极刺激则降低刺激部位神经元的??兴奋性［１５］。??［￥?／??＼＼?／??＼?／??＼?Ｍｉ?Ｉ??（／?？??图１－２?经颅直流电刺激装置??丨ｒ前ｔＤｃｓ的研究方向主要是利用其作为辅助方法治疗各种神经紊乱类疾病和??神经损伤性疾病等，它还可以帮助恢复屮风后的失语症和手臂功能障碍［１６］。１９０２??年，Ｐｒｉｏｒｉ等通过电刺激大脑尝试治疗癫痫，并提出了?ｔＤＣＳ方法［１７］；?Ｂｏｇｇｉｏ等??采⑴１Ｔ１．个的前额叶ｔＤＣＳ疗程，结果显示重度抑郁症患者在ｇｏ／ｎｏｇｏ实验中的情绪??反应有较明显的提高［１８

衰减的特性，交变脉冲磁场导入颅内只随距离衰减，在被刺激的脑区域位置产生感??应电场，在目标脑区产生感应电流刺激神经元，从而改变神经细胞的动作电位，引??起神经元电生理和功能的变化［２３，２４］，图１－３为ＴＭＳ刺激示意图。??图１－３经颅磁刺激示意图??重复性经颅磁刺激（ｒＴＭＳ）己于２００８年就通过／美国食品与药品管理局的批??可用于药物抵抗性抑郁症患者的治疗［２５］?ＪＭＳ技术应用于人体最早是在１９８５年，??Ｂａｒｋｅｒ等人将平面线圈置于正常人运动Ｒ的头皮上，并成功引起了运动诱发电位??［２６］；?１９８７年，Ａｍａｓｓｉａｎ通过实验证明，不同方向的磁场对大脑皮层的作用引起??了受试者不同部位的活动［２７］。１９９３年，Ｈｏｆｌｉｄｅ等对ＴＭＳ技术进行了研究，并将??其应用Ｔ－治疗抑郁患者的效果，指出ＴＭＳ技术能有效治疗抑郁症［２８］。２００５年，??４??

而实现无创地刺激神经组织。由于低频（＜〇．７ＭＨｚ）超声在穿透较薄的颅骨（２￣３ｍｍ）??时，可以几乎无损耗地进入颅内，从而使超声波可以有效地聚焦在深度目标脑区??［３４］，声换能器颅内聚焦情况如图１４所示，同时ＴＭＡＳ中耦合电刺激的空间分辨??率是由聚焦超声的空间分辨率决定，声斑直径约２ｍｍ，远远优于ＴＭＳ。因此，新??５??
【参考文献】

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本文编号：2844258