癫痫样放电过程中大鼠海马切片的神经网络特性

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1、申请上海交通大学博士学位论文癫痫样放电过程中大鼠海马切片的神经网络特性学校：上海交通大学院系：生物医学工程学院班级：A0708091学号：0070809005专业：生物医学工程博士生：宫新伟导师：梁培基教授张溥明副教授上海交通大学生物医学工程学院2014年12月万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDoctorofPhilosophyDegreeNEURALNETWORKCHARACTERISTICSOFRAT2+HI

2、PPOCAMPALSLICEDURINGMg-FREEEPILEPTIFORMDISCHARGESAuthor:Xin-WeiGongSpecialty:BiomedicalEngineeringAdvisors:Prof.Pei-JiLiangAssoc.Prof.Pu-MingZhangSchoolofBiomedicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaDecember2014万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人

3、郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可

4、以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文摘要癫痫样放电过程中大鼠海马切片的神经网络特性摘要癫痫是最常见的、严重的神经系统疾病之一，大约影响世界人口的7‰。癫痫发作时患者常伴有意识丧失、四肢抽搐等症状，严重影响患者的生活质量和生命安全。癫痫患者中大约

5、30%无法通过药物有效控制癫痫的发作，发展成为难治性癫痫。颞叶癫痫是难治性癫痫的主要形式，在颞叶癫痫患者中，海马硬化又是其最常见损伤。从神经元放电活动的角度来讲，癫痫的产生是神经系统中异常过量的放电导致。这种异常放电在局部产生，并在较大范围内的神经网络中传播。弄清癫痫样放电在海马内的起始和传播，以及海马神经网络在癫痫样放电过程中的改变，对癫痫的理解和其临床治疗具有重要意义。本研究利用多电极记录系统对无镁人工脑脊液诱导的大鼠海马切片癫痫样放电进行记录和研究，探讨海马神经网络在癫痫样放电过程中的动态变化

6、。本论文的第一部分工作通过比较癫痫样放电波形和对电活动进行互相关分析两种方法，研究了癫痫样放电在海马中的起始和传播。第二部分工作利用部分指向性相干分析方法来获得海马网络内不同区域神经元群体间的有效连接，然后通过图论的方法研究了网络的组织特点及由正常人工脑脊液（artificialcerebrospinalfluid,ACSF）灌流时的放电到无镁ACSF灌流癫痫样放电的转变过程中网络特性的变化。主要结果包括：（1）在海马切片的锥体细胞层内，每次同步癫痫样放电过程中，位于CA3b区的电极记录到的癫痫样放

7、电最早出现，其两侧的CA3a-CA1和CA3c区随后出现癫痫样放电，且不同区域电极记录第I页万方数据上海交通大学博士学位论文摘要到的信号跟起始通道处信号出现时间之间的延时与两者之间的距离呈正相关。而在不同层之间，海马内部腔隙分子层、放射层处信号与起始通道处信号出现时间之间的延迟较小，邻近始层的外侧区域处信号与起始通道处信号出现时间之间的延迟较大。（2）一、在正常ACSF灌流时，海马神经网络呈现随机网络的连接特点，而在无镁ACSF灌流癫痫样放电过程中，海马网络邻近区域间短距离的连接增强，而非邻近区域间

8、的长距离连接减少，表现出小世界网络的特点。这表明，在癫痫样放电时神经网络以一种更高效的方式进行信息传输，揭示了超兴奋神经元网络的组织方式。在癫痫样放电早期、中期和晚期三个阶段，网络小世界性先增大后减小，且癫痫样放电晚期网络的小世界性小于早期阶段网络的小世界性。二、在癫痫样放电过程中，海马网络出现了由锥体细胞层到颗粒细胞层之间的净信息流动，而在正常ACSF灌流时网络没有表现出这种信息流动。三、对海马网络的分析还表明，在由正常ACSF灌流时的放电到无镁ACSF灌流癫痫样放