消除大鼠深部脑刺激伪迹的实验研究

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1、消除大鼠深部脑刺激伪迹的实验研究作者：高东明　刘春娜，亢宁，林宇涵，张晓黎【摘要】目的消除刺激伪迹，以揭示DBS的作用机制。方法Spike2系统特有的生物信号处理功能，综合使用数字滤波、双窗口电位与信号波形鉴别方法消除刺激伪迹。结果经刺激伪迹消除处理可以清楚显示脑内高频刺激期内神经元的放电活动的变化。结论我们的方法可有效地清除刺激伪迹。【关键词】深部脑刺激;刺激伪迹;大鼠Abstract:ObjectiveTheresearchaimstoremovethestimulusartifact,andtoexploreth

2、emechanismofdeepbrainstimulation.　MethodsThroughusingthefunctionsofdigitalfilter,spikewaveformdetectionandpotentialfilterintwowindowsperformedbytheSpike2system,thestimulusartifactwaseliminated.ResultsThechangeofneuraldischargeactivitiesduringdeepbrainstimulation

3、couldberevealedclearly.ConclusionsThemethodcanbeeffectivelyusedinthestimulusartifactremoval.　　Keywords:deepbrainstimulation;stimulusartifact;7rat　　自从1987年法国著名的神经外科学专家Benabid教授成功地应用丘脑腹内侧核(VIM)高频刺激治疗帕金森病(PD)以来，靶点为VIM，内侧苍白球(PGI)或丘脑底核(STN)的深部脑刺激(deepbrainstimulation

4、，DBS)已经成为国际功能神经外科治疗PD首选方法[1，2]。人们也尝试用DBS治疗中枢性疼痛[3]、癫痫[4，5]等疾病，甚至用于戒毒和肥胖症[6]的治疗。但由于强大的刺激伪迹掩盖了刺激对神经元放电活动的影响，人们是通过刺激的后作用和对远隔神经递质释放的影响来间接分析DBS的机制。有人认为DBS的直接作用是抑制，但也有学者认为是兴奋作用。至今DBS的机制仍在争议中尚无定论。这也限制了这一方法应用的拓展。本文基于Spike2系统特有的生物信号处理功能，综合使用双窗口电位鉴别、数字滤波和信号波形鉴别方法消除刺激伪迹，以揭

5、示DBS的作用机制。　　1材料和方法　　1.1实验动物　　成年雄性Sprague-Dawley大鼠，体重250～300g(辽宁医学院动物中心提供)。大鼠在标准环境下饲养，室温20～25℃，24h昼夜循环光照，自由摄食饮水。7　　1.2电刺激及记录　　大鼠经20%氨基甲酸乙酯(0.8mL/100g)腹腔麻醉后，置于脑立体定位仪上。行常规开颅手术，剥除硬脑膜，并行小脑延髓池引流，降低颅内压，防止脑疝。　　细胞外记录采用微电极拉制仪(美国STOELTING公司)自行拉制的单管玻璃微电极。电极尖端直径<2μm，电阻5～1

6、5MΩ，管内灌注含1%滂胺天蓝的3.0mol/LNaCl溶液，借助微电极推进器将记录电极缓慢推进到大鼠的相应核团内(核团坐标参照Paxions&Watson′s大鼠脑图谱确定)。单位放电经微电极放大器采集、滤波(300～3000Hz)、显示于示波器，并输入计算机用Spike2生物信号采集系统(英国CED公司)处理。实验中只对信噪比>3/1和放电稳定的神经元进行记录。在进行电刺激前每一单位需记录2～3min的基础放电。核团电刺激采用A320R隔离刺激器(美国WPI公司)经同心圆电极输出。电刺激参数为：频率(

7、20～200)Hz，刺激强度0.4mA，波宽0.06ms，刺激时程5s。　　1.3组织学检测　　在每一次电生理学记录完毕后，经微电极电泳滂胺天蓝(-207μA，15min)标记记录部位，刺激部位采用直流电损毁法标记。大鼠用含4%多聚甲醛的0.1M磷酸缓冲液经颈动脉灌流固定后，立刻断头取脑，放入相同固定液中浸泡4h，再将脑组织移入30%的蔗糖磷酸缓冲液(pH7.4)至沉底后行冠状冰冻切片，片厚30μm。焦油紫染色。光镜下观察，仅取记录和刺激部位均正确的资料进行统计学分析。　　1.4数据分析　　为了分析刺激期内神经元对刺激

8、的反应，在在线分析的基础上，我们应用Spike2系统对神经元的放电活动进行离线信号处理以消除刺激伪迹，然后做刺激直方图处理。首先用数字滤波(100～10000Hz)进一步消除干扰信号，然后采用双窗口电位鉴别功能对神经元放电波形进行电位和波形鉴别，最后根据筛选出的神经元锋电位作刺激直方图处理(图1)。　　2结果　　实验观察了不同频率