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帕金森病大鼠运动皮层及丘脑底核放电模式的研究

光奎  
【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。


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