低頻電刺激對培養(yǎng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)慢振蕩的調(diào)控研究.pdf

1、同步振蕩存在于腦的多種功能活動中，是神經(jīng)科學(xué)研究中的重要對象。頻率小于1Hz的同步振蕩是慢振蕩，被認(rèn)為與記憶過程相關(guān)，但其形成和調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本文在培養(yǎng)于多電極陣列上的海馬神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)了慢振蕩，研究了其時空特征，并在此基礎(chǔ)上初步探索了低頻電刺激對慢振蕩的調(diào)控及其機(jī)制。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 通過多電極陣列對培養(yǎng)海馬神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的長時間自發(fā)信號記錄，發(fā)現(xiàn)在發(fā)育中期的網(wǎng)絡(luò)中存在周期為250-300s的慢振蕩。慢振蕩的一

2、個周期中包含兩種活動狀態(tài)：‘up’和‘down’狀態(tài)?！畊p’狀態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)活動為同步超級簇發(fā)（superburst），平均放電頻率較高，各細(xì)胞集群間的活動同步性增大，高于‘down’狀態(tài)?！甦own’狀態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)活動為散發(fā)鋒電位發(fā)放模式，放電頻率呈現(xiàn)從零逐漸升高的趨勢。在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中，‘up’狀態(tài)和‘down’狀態(tài)交替出現(xiàn)形成慢振蕩。該活動模式具有精確時間結(jié)構(gòu)和同步化的特征，且可維持1個月以上，為研究慢振蕩的調(diào)控及機(jī)制提供了有利模型。<

3、br>　　 利用低頻電刺激能夠誘導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)提前進(jìn)入‘up’狀態(tài)，從而縮短慢振蕩的周期，實現(xiàn)對慢振蕩的調(diào)控。1Hz電刺激不影響‘up’狀態(tài)的持續(xù)時間，并使‘down’狀態(tài)的持續(xù)時間由180s左右縮短為60s左右；10Hz電刺激雖然能使‘down’狀態(tài)的持續(xù)時間短于60s，但延長了‘up’狀態(tài)的持續(xù)時間。其中1Hz電刺激起始時刻越遠(yuǎn)離‘up’狀態(tài)的結(jié)束時刻，所需的刺激脈沖數(shù)目越少，兩者之間呈負(fù)線性關(guān)系。在發(fā)育后期網(wǎng)絡(luò)慢振蕩消失后，1Hz電刺激

4、不能誘導(dǎo)出同步超級簇發(fā)；10Hz電刺激能夠誘導(dǎo)出同步超級簇發(fā)，但持續(xù)時間短于自發(fā)狀態(tài)下。結(jié)果表明，1Hz電刺激可誘導(dǎo)‘up’狀態(tài)的提前出現(xiàn)，同時保持‘up’狀態(tài)內(nèi)部時空特征，因此可以作為研究慢振蕩產(chǎn)生和調(diào)控機(jī)制的有力工具。
　　 對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)的規(guī)律及GABA-A受體的作用進(jìn)行分析，探討了低頻電刺激對慢振蕩調(diào)控的機(jī)制。誘導(dǎo)的和自發(fā)的‘up’狀態(tài)起始活動頻率相同，說明慢振蕩是活動頻率依賴的。在‘down’狀態(tài)時，低頻電刺激引起數(shù)

5、目相對穩(wěn)定的響應(yīng)鋒電位，且該數(shù)目與神經(jīng)元自身自發(fā)平均鋒電位頻率呈正線性關(guān)系，從而同步增加網(wǎng)絡(luò)的活動頻率，提前進(jìn)入‘up’狀態(tài)。抑制GABA-A受體之后，頻率約2 Hz的同步簇發(fā)活動取代了慢振蕩，響應(yīng)鋒電位發(fā)放的時間精度降低，GABA-A受體在慢振蕩中起維持精確時間結(jié)構(gòu)的作用。在網(wǎng)絡(luò)加入GABA-A受體阻斷劑之后，低頻電刺激不能誘導(dǎo)出超級簇發(fā)。因此，低頻電刺激對慢振蕩的調(diào)控機(jī)制是：在GABA-A受體維持網(wǎng)絡(luò)活動的精確時間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過