電磁輻射對內(nèi)嗅相關空間學習記憶的影響及其機制研究.pdf

1、近年來一個令人不容忽視的潛在性的健康危脅來自于電磁輻射，它主要包括電器等產(chǎn)生的工頻輻射，也叫超低頻輻射（ELF）和來自通訊所產(chǎn)生的射頻或微波輻射（RF）。這是現(xiàn)代社會非常突出的一種污染。當前研究聚焦在ELF或RF與兒童白血病、腦腫瘤、致畸作用，神經(jīng)類疾病、免疫功能下降，過敏及炎癥反應，乳腺癌、流產(chǎn)及心血管疾病等方面。其中神經(jīng)系統(tǒng)是電磁輻射損害的一個重要靶器官，有研究認為其與側索硬化癥、阿爾茨海默病、失眠、頭痛、精力下降、學習記憶問題以及

2、其它疾病有關。目前，有越來越多的證據(jù)表明電磁輻射對學習記憶功能有一定的影響，然而現(xiàn)在的研究并未能完全揭示電磁輻射對學習記憶功能影響的具體機制。
　　內(nèi)嗅皮層（entorhinal cortex，EC）作為海馬的門戶聯(lián)接著高級皮層與海馬?；镜母杏X信息傳入主要依賴于 EC淺層（II/III層）的神經(jīng)元。EC淺層的主要神經(jīng)元的軸突構成穿通纖維，將皮層傳來的信息傳遞到海馬。這些信息到達海馬的四個亞區(qū)：齒狀回、CA3、CA1、下托。從II

3、/III層發(fā)出的穿通纖維具有一定的區(qū)域選擇性，II層的神經(jīng)元的纖維選擇性地投射到齒狀回和CA3區(qū)，而III層的神經(jīng)元選擇性地投射到海馬CA1區(qū)和下托。而從海馬CA1區(qū)，信息也能夠傳遞回EC的III、V、VI層和下托。
　　除了EC－海馬之間的聯(lián)系，EC也與各皮層之間有廣泛的聯(lián)系。簡而言之，皮層輸入形成兩個群：投射到EC淺層（II/III層）的和投射到深層（V/VI層）的。這些解剖解構使得EC在新海馬－EC－新皮層中扮演重要角色，也

4、是情景記憶形成及鞏固的重要基礎。另外，EC皮層分為內(nèi)側EC（medial EC,MEC）及外側EC（lateral EC，LEC）。目前認為MEC主要參與傳遞和處理空間信息，而LEC主要與非空間信息相關，所以，MEC在空間認知中的具有重要的意義。
　　本實驗首先觀察了50Hz，0.5mT的ELF對EC淺層主要神經(jīng)元的樹突棘密度及形狀產(chǎn)生的影響。接下來我們通過全細胞膜片鉗的記錄技術，在腦片上檢測電磁輻照對EC淺層的星形及錐體神經(jīng)元電

5、生理特性的影響。最后，我們運用曠場實驗和水迷宮實驗觀察電磁輻射對動物運動功能及空間認識方面的作用。結果如下：
　　1.電磁輻射暴露對MEC淺層神經(jīng)元樹突棘密度及形態(tài)的影響
　　我們使用高爾基染色觀察了大鼠的EC主要神經(jīng)元。結果顯示經(jīng)過14天(86.42±2.77％of control,P<0.001)及28天(87.34±1.10%of control，P<0.001)的ELF暴露使得星形神經(jīng)元以及錐體神經(jīng)元的基樹突棘下降，

6、其中以纖細型樹突棘和杯型樹突棘最為明顯。ELF使蘑菇型樹突棘和樹樁型樹突棘密度的改變具有細胞類型的選擇性。對于星形神經(jīng)元，28天的ELF暴露使得樹樁型樹突棘密度略有上升(121.96±1.07% of control,P<0.05)，但此時長的暴露卻并未影響蘑菇型樹突棘(106.54±0.91%of control,P=0.45)。對于錐體神經(jīng)元的基樹突，我們只觀察到較長時程的ELF暴露使得蘑菇型樹突棘的密度有所下降(14天:115.5

7、9±1.99%of control，P=0.23;28天:88.64±0.70%of control,P=0.21)，然而與之相反的是，樹樁型樹突棘密度只在14天ELF暴露中下降(78.26±1.86%of control,P<0.05)，而在28天電磁暴露中得以恢復(93.73±0.68%of control,P=0.53)?？傮w來說，ELF暴露導致的錐體神經(jīng)元頂樹突棘密度的下降只在28天的ELF暴露中出現(xiàn)，反映電磁輻射對樹突棘頂樹突

8、與基樹突之間的一個攻擊靶點。樹突棘數(shù)量與形狀的改變被認為與MEC的突觸可塑性有密切聯(lián)系，而MEC又作為學習與記憶中一個重要神經(jīng)環(huán)路。以上這些發(fā)現(xiàn)可能是ELF暴露導致認知功能損害的一個重要機制。
　　2.超低頻電磁輻射對MEC淺層星形及錐體神經(jīng)元靜息膜電位和膜阻抗的影響
　　我們采用腦片膜片鉗技術直接觀察50Hz，0.5mT，4h/d，7天的電磁輻射對EC淺層星形及錐體神經(jīng)元的基本電生理特性及其興奮性的影響。在電流鉗模式下，將

9、神經(jīng)元的電流鉗制在0pA，這樣得到神經(jīng)元的靜息膜電位(resting membrane electric potential,RMP)。我們發(fā)現(xiàn)，星形神經(jīng)元神經(jīng)元（n=6，P=0.303）及錐體神經(jīng)元（n=5,P=0.781）的靜息膜電位并未受到電磁輻射的影響。通過記錄電極給與記錄細胞一系列由超極化到去極化的躍階電流（-150～+250 pA，step=20pA，時長500ms）的刺激。得到電壓－電流（I－V）曲線，而通過將I－V曲線進

10、行線性擬合，得到神經(jīng)元的膜電阻。我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過電磁輻射后，EC淺層的主要神經(jīng)元星形神經(jīng)元（n=6,P=0.936）以及錐體神經(jīng)元（n=5,P=0.657）的膜電阻并未受到50Hz,0.5mT的工頻電磁輻射的影響，表明ELF暴露并未影響細胞膜電位和膜阻抗。
　　3．超低頻電磁輻射對MEC淺層星形及錐體神經(jīng)元的全細胞電流的影響
　　電流鉗模式下給予（-60～+30mV，step=+10mV,時長=500ms）的刺激，全細胞外向電

11、流（whole-cell outward current）主要包括瞬時外向電流（transient outward current）和持續(xù)外向電流（sustained outward current），我們發(fā)現(xiàn)，電磁輻射并未影響到星形神經(jīng)元的內(nèi)向電流（control n=6，exposure n=5,P=0.428）以及錐體神經(jīng)元的內(nèi)向電流（n=5,P=0.310）。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)，星形神經(jīng)元的瞬時外向電流（control n=8，

12、exposure n=5,P=0.199），錐體神經(jīng)元的瞬時外向電流（control n=8，exposure n=5,P=0.358），星形神經(jīng)元的持續(xù)性外向電流（control n=7，exposure n=5,P=0.409），錐體神經(jīng)元的持續(xù)性外向電流（control n=6，exposure n=5,P=0.256）。以上結果初步表明電磁輻射未影響EC淺層主要神經(jīng)元的電壓門控離子通道的活動。
　　4.超低頻電磁輻射對ME

13、C淺層神經(jīng)元興奮性的影響
　　給予神經(jīng)元以20pA遞增的去極化刺激，在去極化刺激達到一定強度時，神經(jīng)元將產(chǎn)生動作電位。EC淺層的星形神經(jīng)元（control n=11，exposure n=8,P=0.614）以及錐體神經(jīng)元（control n=6，exposure n=5,P=0.343）的動作電位發(fā)放頻率均未受到影響，初步表明電磁輻射未影響神經(jīng)元的興奮性。
　　5.超低頻電磁輻射對大鼠探索行為和運動功能的影響
　　我

14、們使用曠場對動物探索行為和運動功能進行檢測，電磁輻射組與對照組相比，對兩者5分鐘內(nèi)行走的距離以及站立的次數(shù)進行統(tǒng)計。發(fā)現(xiàn)14天的電磁輻射組與14天對照組相比，運動距離（n=10,P=0.226）與探索次數(shù)（n=10,P=0.596）無統(tǒng)計學差異，同樣，在28天的實驗組中，運動距離（n=9,P=0.241）與探索次數(shù)（n=9,P=0.163）無明顯變化。以上結果表明電磁輻射對動物探索行為和運動功能并無明顯影響。
　　6.超低頻電磁輻

15、射對動物空間學習記憶的影響
　　經(jīng)過對之前數(shù)據(jù)的分析，為了進一步驗證電磁輻射是否會對空間學習記憶產(chǎn)生影響，我們采用水迷宮實驗對動物空間學習記憶功能進行檢測。電磁輻射暴露組與對照組之間水迷宮的逃避潛伏期并沒有統(tǒng)計學差異：[14天：F(1,18)=0.27，P=0.61;28天：F(1,16)=0.60，P=0.45]。訓練次數(shù)之間存在顯著差異：[14天：F(7,126)=6.71，P<0.001;28天：F(7,112)=12.24