论文部分内容阅读
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)病变的主要部位在中脑黑质和基底神经节。在基底神经节中,苍白球外侧部(globus pallidus external segment,GPe)是重要的中继核团,苍白球内侧部(globus pallidus internal segment,GPi)是主要的输出核团。研究目的:本研究旨在探究PD大鼠GPe、GPi电生理学特征的变化以及两个核团之间局部场电位(local field potential,LFP)相关性的变化,包括:1、对PD大鼠运动障碍进行量化测评。2、探究PD大鼠在清醒静止和连续运动两种状态下GPe、GPi动作电位和LFP的变化。3、探究PD大鼠GPe与GPi之间LFP相关性的变化。研究方法:建立PD大鼠模型,通过大鼠脑立体定位手术,将两束电极阵列分别植入同一只PD大鼠GPe、GPi内,使用Plexon多通道信号采集系统采集PD大鼠在清醒静止和连续运动两种状态下的动作电位和LFP。将采集到的动作电位导入Offline Sorter软件进行聚类分析,使用Neuro Explorer软件分析每类神经元放电率和放电模式的变化;将采集到的LFP导入Matlab,使用LFP Analysis Software 2009软件分析每个核团时频、功率谱密度和频段分布的变化,使用LFP Analysis Software 2009软件和Chronux软件分析两个核团之间LFP相关性的变化,包括交叉相关分析和一致性分析。研究结果:1、行为学量化测评结果PD大鼠运动障碍测评结果:与正常大鼠相比,PD大鼠在跑步机上的最长运动时间(min)变短(20 r/min:18.00±2.74 vs 26.98±0.91,P=0.03;30 r/min:3.33±1.45 vs 26.67±0.71,P<0.01),步频(steps/min)降低(20 r/min:73.33±7.00 vs 95.50±4.94,P=0.04;30 r/min:76.33±7.41 vs110.33±7.58,P<0.01),失误次数(times)增多(9 r/min:1.50±0.55 vs 0.67±0.33,P=0.04;15 r/min:2.50±0.76 vs 0.83±0.48,P=0.04;20 r/min:7.50±0.76 vs 1.50±0.43,P<0.01;30 r/min:10.00±0.00 vs 2.00±0.58,P<0.01)。跑步机转速筛选结果:在12 r/min时,两组大鼠不连续运动频率均较低,适宜采集大鼠在连续运动状态下的脑电信号。2、GPe动作电位分析结果GPe根据放电率和放电模式分为伴随暂停的高频率放电(high frequency pausers,HFP)和伴随爆发的低频率放电(low frequency bursters,LFB)两类神经元。在清醒静止和连续运动两种状态下,与正常大鼠相比,PD大鼠HFP放电率(spikes/s)降低(静止:11.89±0.98 vs18.63±1.50,P<0.01;运动:16.08±1.51 vs 23.25±1.27,P<0.01),变异系数(coefficient of variation,CV)值增大(静止:1.06±0.05 vs 0.72±0.04,P<0.01;运动:1.33±0.03 vs 1.00±0.03,P<0.01);PD大鼠LFB放电率降低(静止:6.11±0.39 vs 10.33±0.79,P<0.01;运动:10.18±0.51vs 13.15±0.66,P<0.01),CV值增大(静止:2.31±0.23 vs 1.54±0.08,P<0.01;运动:2.48±0.21vs 1.62±0.15,P<0.01)。与清醒静止状态相比,在连续运动状态下,正常大鼠和PD大鼠HFP放电率升高(正常:23.25±1.27 vs 18.63±1.50,P=0.03;PD:16.08±1.51 vs 11.89±0.98,P=0.03),CV值增大(正常:1.00±0.03 vs 0.72±0.04,P<0.01;PD:1.33±0.03 vs 1.06±0.05,P<0.01);LFB放电率升高(正常:13.15±0.66 vs 10.33±0.79,P=0.01;PD:10.18±0.51 vs 6.11±0.39,P<0.01)。3、GPi动作电位分析结果GPi只有一类神经元。在清醒静止和连续运动两种状态下,与正常大鼠相比,PD大鼠GPi放电率升高(静止:27.05±1.66 vs 23.18±1.25,P<0.01;运动:29.93±0.68 vs 25.16±0.65,P<0.01),CV值增大(静止:1.04±0.08 vs 0.72±0.03,P<0.01;运动:1.12±0.04 vs 0.89±0.03,P<0.01)。与清醒静止状态相比,在连续运动状态下,正常大鼠和PD大鼠GPi放电率升高(正常:25.16±0.65 vs 23.18±1.25,P=0.03;PD:29.93±0.68 vs 27.05±1.66,P<0.01),CV值增大(正常:0.89±0.03 vs 0.72±0.03,P<0.01;PD:1.12±0.04 vs 1.04±0.08,P=0.03)。4、PD大鼠GPe、GPi局部场电位分析结果在清醒静止状态下,与正常大鼠相比,PD大鼠GPe、GPi的LFP在0.5~12 Hz频段的能量占总能量(0.5~200 Hz频段的能量)的百分比降低(GPe:59.27±3.28 vs 74.44±1.68,P<0.01;GPi:67.99±1.60 vs 80.88±1.80,P<0.01),在12~35 Hz频段的能量占总能量的百分比升高(GPe:28.32±1.94 vs 18.74±1.54,P<0.01;GPi:26.32±2.16 vs 11.45±1.07,P<0.01)。在连续运动状态下,与正常大鼠相比,PD大鼠GPe、GPi的LFP在0.5~12 Hz频段的能量占总能量的百分比降低(GPe:66.76±1.83 vs 79.11±2.80,P<0.01;GPi:62.69±1.79 vs 76.79±1.19,P<0.01),在12~35 Hz频段的能量占总能量的百分比升高(GPe:24.53±1.64 vs13.65±1.91,P<0.01;GPi:27.15±1.51 vs 16.10±0.80,P<0.01),在35~70 Hz频段的能量占总能量的百分比升高(GPe:3.03±0.48 vs 1.07±0.46,P=0.04;GPi:4.77±0.65 vs 2.03±0.34,P<0.01)。5、PD大鼠GPe与GPi之间LFP相关性分析结果与正常大鼠相比,PD大鼠GPe与GPi之间LFP在0.5~12 Hz和12~35 Hz频段的最大交叉相关系数增大(0.5~12 Hz:0.81±0.02 vs 0.37±0.03,P<0.01;12~35 Hz:0.81±0.03 vs0.43±0.07,P<0.01),平均相位一致性值增大(0.5~12 Hz:0.69±0.03 vs 0.25±0.01,P<0.01;12~35 Hz:0.73±0.04 vs 0.30±0.06,P<0.01)。研究结论:行为学量化测评实验结果显示,PD大鼠出现运动障碍,表现为运动协调性差,尤其对高转速控制能力差;12 r/min适宜大鼠在跑步机上连续运动。电生理学实验结果显示,PD大鼠GPe神经元放电率降低,GPi神经元放电率升高;二者CV值都增大,表明放电规则性降低,放电模式发生变化。PD大鼠GPe、GPi的LFP在0.5~12 Hz频段的能量降低,在12~35 Hz频段的能量升高。PD大鼠GPe与GPi之间LFP在0.5~12 Hz和12~35Hz频段的同步性都增强。与此同时,在连续运动状态下,GPe和GPi神经元放电率升高,CV值增大,提示GPe、GPi与运动相关。