经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响

张帅; 由胜男; 杜文静; 王磊; 徐桂芝

doi:10.12307/2024.302

摘要：背景:经颅磁声电刺激是一种基于磁声耦合电效应的无创、高精度脑神经聚焦刺激方法,可调节神经节律振荡活动,从而影响大脑的运动、认知等功能. 目的:探究经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响. 方法:①动物实验:采用随机数字表法将24只Wistar大鼠随机分为4组,每组6只:正常对照组不进行任何干预;正常刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激(空间峰值脉冲平均强度为13.33 W/cm2,基波频率为0.4 MHz,基波周期数为1 000,脉冲重复频率为200 Hz);模型对照组、模型刺激组通过腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶建立帕金森病模型,造模成功后,模型对照组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电假刺激,模型刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激,每天刺激时长2.0 min,刺激结束停留8-10 min后,采集大鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号并同时记录行为学正确率,对比分析各组局部场电位信号能量的时频分布情况和行为差异,当大鼠正确率连续3 d高于80%后停止刺激实验和T迷宫实验.②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激下皮质-基底神经节回路模型,分别改变超声发射周期(5,10,20 ms)、超声发射占空比(30%,50%,90%)和感应电流密度(20,50,100 μA/cm2),比较不同刺激参数下健康与帕金森病大鼠beta振荡的功率谱密度值. 结果与结论:①动物实验:正常对照组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P＜0.001),正常刺激组大鼠的空间学习能力强于正常对照组(P＜0.05),模型刺激组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P＜0.01);正常对照组beta振荡能量分布较为集中,正常刺激组较正常对照组beta振荡信号能量有所降低,模型对照组与模型刺激组beta振荡能量广泛分布且能量值显著高于正常对照组、正常刺激组,并且模型刺激组beta振荡信号能量明显低于模型对照组;②建模仿真实验:不加刺激时,健康大鼠beta频段功率谱密度峰值(30 dB)显著低于帕金森病大鼠(55 dB);施加经颅磁声电刺激后,两组大鼠beta频段功率谱密度值普遍降低;beta频段功率谱密度峰值与超声发射周期呈正相关、与感应电流密度呈负相关,当超声发射占空比为50%时功率谱密度峰值最低;③结果表明:经颅磁声电刺激可抑制健康与帕金森病大鼠的beta振荡,进而改善大鼠的运动功能与决策认知功能.