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

作者：张帅^*; 由胜男; 杜文静; 王磊; 徐桂芝

来源：中国组织工程研究, 2024, 28(16): 2519-2526.

• 经颅磁声电刺激
• 皮质-基底神经节回路
• beta振荡
• 帕金森病
• 局部场电位
• T迷宫
• 神经调控

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(20,50,100μA/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。

• 单位
  河北工业大学