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刺激大壁虎基底神经核对运动行为的影响

蔡雷  
【摘要】: 大壁虎(Gekko gecko)隶属爬行纲,有鳞目,壁虎科。主要分布于我国的云南、广西、广东、贵州、福建等地区。它是爬行动物中具有在任意角度、任意平面自由运动能力的典型动物。为此成为生物机器人研究的模型动物之一。如果将芯片或刺激电极植入大壁虎脑内,通过计算机程序,发射刺激信号,调控大壁虎按照人的意愿完成规定的动作,就可以将这种生物机器人应用于抢险、搜救等方面。目前,生物机器人的研制已成为生物工程科学研究的热点之一。本研究是为大壁虎生物机器人研制而进行的基础研究之一,主要工作分四个部分: 一、大壁虎实验室的人工饲养 动物饲养是开展动物研究的基础,特别是动物的实验室习服直接影响实验的成功和结果。通过对人工饲养条件下大壁虎生活习性的观察,不仅观测了大壁虎三维运动的模式,还发现了产卵期雌性大壁虎破坏其它壁虎产的卵、并吃卵的现象,以及壁虎在人工饲养条件下容易得“软骨病”和“口角炎”。提出了对大壁虎采取间隔轮换喂食的方法,以活的面包虫幼虫为主食,定期饲喂面包虫成虫或其它鞘翅类、甲壳类昆虫以增加其钙物质的摄入量,从而达到补钙并防止软骨病的效果。 二、电刺激基底神经核对大壁虎运动行为的影响 电刺激主要分为急性浅麻醉状态下和慢性自由清醒状态下实验两种,动物例数分别为17例、10例。刺激参数为波宽1 ms,频率80 Hz,强度0.12 mA的负电流方波。急性实验中,除对大脑基底神经核主要组成部分(包括纹状体、苍白球、腹侧苍白球、杏仁核等)进行了电刺激和运动行为之间关系的观察外,对隔区、背侧皮层、伏核、(布罗卡氏)斜带核、球状核等也进行了相应的研究。结果如下:刺激纹状体内侧部、背侧部、近中部等区域出现向同侧舔舌反应,反应滞后5 s左右,刺激反应可重复率高(80%);在外侧隔核腹内侧部、内侧前脑束等位置诱导出现脊柱弯曲,刺激该区域反应重复性较低(约30%);对内侧前脑束、内侧隔核腹侧等刺激时,出现四肢动,可重复性为50%左右;刺激背侧室嵴腹侧、伏核时出现呼吸变化,重复性在50%左右。 慢性实验主要对大脑基底神经核及隔区进行了电极植入,用波宽1 ms,频率80 Hz,强度0.1 mA的负电流进行刺激时,在纹状体内侧区出现向同侧舔舌反应,反应重复性较高;在隔区出现头部向同侧转动。 三、电损伤基底神经核对大壁虎运动行为的影响 损伤实验采用定时直流输出,参数为0.5 mA,30 s,然后停针10 min。总共做了三例,通过对大壁虎运动距离和平均运动速度进行统计分析,初步结果表明:假手术动物实验后运动行为减少了37.0%,损毁组的两只动物损毁后运动行为分别减少了74.7%和91.6%。这提示,基底神经核可能参与运动行为的调控,且基底神经核兴奋可能导致运动行为的产生或增加。 四、基底神经核纤维联系的研究 采用辣根过氧化物酶逆行追踪法(HRP法)对基底神经核与中枢神经系统其它部分之间纤维联系进行研究。在纹状体内侧区注射HRP后,发现被标记的神经元胞体往前可追踪到伏核前内侧部、背内侧部、嗅结节外侧部、外侧皮层腹外侧部、外侧皮层背外侧部、外侧皮层背侧部等区域。注射区附近在纹状体内侧部、杏仁核、(布罗卡氏)斜带核等发现标记胞体。在外侧前脑束从大脑中段偏后开始直到中脑前端都有标记。所有投射都为同侧投射。结果表明:上述同侧的诸结构中均有神经元的轴突到达纹状体的内侧区,与纹状体内侧区神经元形成联络关系。 本研究结果提示,大脑的基底神经核具有调节中脑运动行为的作用;基底神经核,特别是纹状体内侧核与伏核、大脑皮层、其它基底神经核以及中脑之间存在纤维联系。


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