帕金森病大鼠运动皮层及丘脑底核放电模式的研究

【摘要】：脑深部刺激术（Deep Brain Stimulation, DBS）是利用电刺激神经核团治疗帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）的一种有效手段。丘脑底核（Subthalamic Nucleus, STN）是DBS的首选靶点，高频电刺激STN改善了包括静止性震颤在内的PD的所有症状，但目前其潜在的治疗机制尚不明确。 本课题利用6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine, 6-OHDA）建立PD大鼠模型后，在PD大鼠和正常大鼠脑内植入微电极采集STN以及初级运动皮层（Primary Motor Cortex, M1)在不同状态下的局部场电位（Local Field Potentials, LFPs）。之后使用Matlab和SPSS软件对LFPs进行分析处理。通过揭示PD病理状态下STN和M1的放电模式以及两者相关性的变化规律，以期为阐明STN DBS的治疗机制奠定理论基础。 本课题采用立体定位技术将6-OHDA注射至黑质致密部（Substantia Nigra Pars Compacta,SN_c）和中脑腹侧被盖区建立PD大鼠模型，使用阿朴吗啡对模型动物进行测试，其成功率可达65%。对造模成功的大鼠中脑冠状切片进行观察，发现SN_c中多巴胺能神经元损毁明显，其组织学变化与原发性PD的病理特征相类似。 麻醉状态下PD大鼠STN LFPs表现出高振幅、簇状放电增多的波形特征。频谱分析显示与正常大鼠相比，PD大鼠STN LFPs的整体频率明显增大；功率谱密度分析显示PD大鼠STN的高频（特别是15~30Hz范围内）LFPs产生更大的功率值；时频分析也显示PD大鼠STN LFPs释放出更多的能量。以上分析结果均表明麻醉状态下PD大鼠的STN放电活动异常兴奋。 清醒运动状态下两组大鼠的M1 LFPs的波形呈现出规律性变化。整个抓食行为过程中的M1LFPs可以分解为四个时期，即“抓食前期”、“计划期”、“抓食期”和“完成期”。不同的时期内M1 LFPs表现出不同的波形特征。提取两组大鼠“抓食期”内的M1 LFPs进行频谱分析，发现PD大鼠M1 LFPs的整体频率明显增大。功率谱密度分析显示，“抓食期”内PD大鼠M1在30~100Hz范围内的高频LFPs的功率要明显高于正常大鼠。时频分析显示在“抓食期”内PD大鼠的M1放电能量明显增大。以上结果表明M1的电活动变化与动物的行为关系密切，在PD病理状态下M1的电活动异常兴奋。 对同步记录的STN和M1 LFPs进行互相关分析和相位分析均显示，不同状态下PD大鼠STN和M1 LFPs之间的相关性均小于正常大鼠，表明在PD病理状态下STN和M1之间的神经通路受到了一定程度的破坏。麻醉状态下PD大鼠两脑区电活动之间的相关性显著降低，可能是由STN电活动过度，而M1电活动较少导致的结果。M1 LFPs在发生时间上要滞后于STN LFPs，STN诱导了M1电活动的变化，提示M1受到STN一定程度的反馈调控。 结论：两点注射6-OHDA是建立PD大鼠模型的一种理想方法；麻醉状态下PD大鼠的STN电活动异常兴奋；清醒运动状态下M1 LFPs波形特征随动物运动变化明显，且病理状态下表现为异常兴奋；STN诱导了M1电活动的改变，这种作用在PD病理状态下有所减弱。