神經(jīng)電生理檢測是一種可以對大腦的復(fù)雜神經(jīng)活動進(jìn)行研究的方法。通過此方法研究者能夠獲取受試者腦部特定腦區(qū)或同步獲取數(shù)個腦區(qū)的神經(jīng)元活動狀態(tài)。神經(jīng)電生理檢測方法中，局部場電位（LFPs）技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，該技術(shù)可以同時記錄的神經(jīng)元活動較多，并且可以對記錄神經(jīng)元放電活動的進(jìn)行實時觀測。多通道記錄技術(shù)主要是通過將微絲電極植入到目標(biāo)腦區(qū)，通過目標(biāo)腦區(qū)的微絲電極對所植入的腦區(qū)的神經(jīng)元細(xì)胞外的鋒電位Spikes（動作電位）信號和局部場電位信號進(jìn)行采集，采集得到的LFPs信號主要對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的活動狀態(tài)進(jìn)行反映。EEG信號是一種在全腦范圍對一段時間內(nèi)電生理信號的變化進(jìn)行記錄的方法，而LFPs信號是微絲電極對所植入?yún)^(qū)域一段時間內(nèi)所有神經(jīng)元活動的記錄，LFPs信號相較于EEG信號具有較高的空間分辨率。腦電信號包含大量不同頻段的節(jié)律振蕩，這些震蕩是不同的神經(jīng)活動的體現(xiàn)，它們在同樣認(rèn)知活動中起到重要的作用。海馬神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為產(chǎn)生從低頻振蕩到高頻振蕩（0.025-600Hz）提供非常適合的框架。認(rèn)知功能與theta振蕩（4-12Hz）和gamma振蕩（30-80Hz）這兩種節(jié)律振蕩存在密切聯(lián)系，這兩種節(jié)律震蕩全部可以從海馬區(qū)檢測到，其中theta振蕩一般出現(xiàn)于進(jìn)行運(yùn)動時或睡眠快速眼動期（REM），gamma振蕩一般表現(xiàn)于認(rèn)知過程或運(yùn)動過程中。Akkad等通過在感覺運(yùn)動皮層上使用經(jīng)顱交流電刺激來調(diào)節(jié)運(yùn)動技能習(xí)得期間的theta-gamma活性，發(fā)現(xiàn)theta-gamma活性可能是整個大腦學(xué)習(xí)的常見機(jī)制。Smailovic等對AD患者的定量腦電圖進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)AD患者的腦電圖中theta和beta頻帶的測量值減少。與正常個體相比，AD患者的theta功率密度在整個大腦中增加，而beta功率降低。有研究研究發(fā)現(xiàn)，視覺皮層中存在由笛卡爾光柵引起gamma節(jié)律，這些刺激誘導(dǎo)的gamma節(jié)律的功率與認(rèn)知程度相關(guān)。

AD患者的心電及腦電信號存在異變，但異變特征尚不明確，研究AD模型動物的心電以及腦電信號的異變特征以及心腦電信號異變之間的聯(lián)系有助于從神經(jīng)電信號異變特征入手識別病癥程度。相比于磁共振成像、計算機(jī)斷層成像、正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像、認(rèn)知功能臨床篩查、認(rèn)知評估、腦脊液標(biāo)志物、血液標(biāo)志物和基因檢測等傳統(tǒng)AD檢測方法，HRV和EEG可以在日常生活中對AD進(jìn)行及時預(yù)警，及時對患者的神經(jīng)電生理信號異變進(jìn)行識別，提示患者對其進(jìn)行進(jìn)一步檢測，以達(dá)到盡早識別AD的目的。

選取廣泛應(yīng)用于癡呆研究的APP/PS1模型小鼠作為模型，利用水迷宮實驗對不同月齡AD小鼠學(xué)習(xí)記憶能進(jìn)行劃分，根據(jù)學(xué)習(xí)記憶能力對模型小鼠的癡呆程度進(jìn)行劃分，利用無創(chuàng)心電采集技術(shù)以及多通道記錄技術(shù)，對小鼠心電及局部場電位信號進(jìn)行采集，研究不同月齡不同病癥程度AD小鼠的心率變異性和局部場電位信號的異變情況。并對AD小鼠的局部場電位信號和心電信號進(jìn)行同步采集，對采集到的信號進(jìn)行耦合分析，探究隨癡呆程度變化AD小鼠海馬區(qū)與自主神經(jīng)系統(tǒng)的之間的聯(lián)系及其變化特征。

AD小鼠行為學(xué)檢測

行為學(xué)實驗使用設(shè)備為Morris水迷宮視頻分析系統(tǒng)，主要包括圖像采集與處理系統(tǒng)、圓形水池和圓形實驗平臺。水池深度500mm，半徑為600mm，水池中放置40mm半徑的可移動平臺。實驗室隔音良好，沒有直射光線。為防止環(huán)境因素對實驗中的小鼠造成影響，使用水池周圍圍掛窗簾。通過自帶的加熱系統(tǒng)，對水進(jìn)行加熱，保證水溫維持在23℃左右。由于本研究使用的模型動物、水池和平臺顏色為黑色，為了保證圖像采集系統(tǒng)的識別效率，需要增加對比度，在水中混入奶制品使之呈現(xiàn)白色，同時對平臺使用白色織物進(jìn)行覆蓋，平臺位于水平面以下5mm處。將圓形水池按方向平均分為為東（East，E）、南（South，S）、西（West，W）和北（North，N）4個象限，平臺放置于E象限。在4個象限的池壁中心分別附有不同的形狀（如圓形，三角形，正方形和六角星）的視覺線索。在水池上方安裝攝像系統(tǒng)使其正對水池，使用圖像分析軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄處理。

- Morris水迷宮，型號：XR-XM101，上海欣軟 -

海馬手術(shù)植入電極

海馬CA1區(qū)，使用電動顱骨鉆沿著標(biāo)記坐標(biāo)開一個0.8mm*0.8mm的矩形窗口，暴露出腦組織，對矩形窗周圍用顱骨鉆打磨清理，用生理鹽水沖洗骨屑。清理干凈后可以觀察到硬腦膜，用針頭將窗口的硬腦膜剝除。在顱骨其他位置分別用顱骨鉆鉆2個小孔，并擰入螺釘，用于固定電極地線。在手術(shù)過程中用生理鹽水保持小鼠暴露出的腦組織濕潤。第四步：植入電極。將16通道微電極陣列取出，用75%的醫(yī)用酒精對電極絲尖端進(jìn)行消毒，再用生理鹽水清洗以去掉剩余酒精。使用夾持器對電極進(jìn)行固定，將電極的地線纏繞至螺釘上。下放電極，使其下端垂直于手術(shù)窗口內(nèi)的大腦皮層，與腦組織表面輕輕接觸。利用微電極推進(jìn)器推進(jìn)2.0mm，第一次推進(jìn)300μm再馬上抬起來200μm，從而恢復(fù)腦組織形變，之后以50μm/1分鐘的速度推進(jìn)至預(yù)設(shè)深度。第五步：填封。待電極推進(jìn)至目標(biāo)深度，窗口內(nèi)滴入瓊脂，以降低使用牙科水泥填封對小鼠造成損傷。將義齒基托樹脂液與義齒基托樹脂粉混合，混合后得到牙科水泥。待瓊脂凝固后，將牙科水泥將電極絲固定在顱骨上，并對地線、螺釘區(qū)域進(jìn)行涂抹固定。待其完全凝固，用生理鹽水將覆蓋電極的聚乙二醇材料溶解，調(diào)節(jié)電極位置，繼續(xù)使用牙科水泥對電極進(jìn)行固定。將螺釘、地線以及電極完全固定在顱骨上。待其完全凝固，將小鼠從定位儀取下，并用碘伏對小鼠的術(shù)后創(chuàng)口進(jìn)行消毒。術(shù)后單籠飼養(yǎng)小鼠，提供充足的食物和飲水，待小鼠恢復(fù)兩天后，進(jìn)行LFPs信號采集。

腦電信號采集

對小鼠的靜息狀態(tài)ECG信號進(jìn)行測量，系統(tǒng)由前置放大器、數(shù)據(jù)采集平臺和記錄電腦組成，心電數(shù)據(jù)采集時設(shè)置采樣率為1kHz。該系統(tǒng)可以對清醒狀態(tài)下的小鼠心電信號進(jìn)行采集，通過小鼠兩足同時接觸連接在數(shù)據(jù)采集平臺上的電極的正負(fù)極，形成回路對小鼠心電信號進(jìn)行采集。通過信號放大器對采集到的小鼠心電信號進(jìn)行放大，通過系統(tǒng)配套軟件，在電腦上實時觀測，并進(jìn)行心電記錄，此系統(tǒng)沒有侵入性，并且對小鼠限制較小，消除了目前普遍使用的植入式動物心電采集方法需要對動物進(jìn)行手術(shù)、采集時需要對動物進(jìn)行固定、注射藥品等操作，減少了對動物心理和生理造成影響。使得獲取的小鼠ECG信號更加接近自然狀態(tài)。通過多通道電生理采集系統(tǒng)對自由活動狀態(tài)下小鼠海馬CA1區(qū)LFPs信號進(jìn)行采集，海馬16通道原始神經(jīng)電信號經(jīng)過連接器通過電纜線輸入前置放大器，放大倍數(shù)為5000倍，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后傳入信號記錄系統(tǒng)，原始信號通過40kHz采樣，以及0.5~500Hz的帶通濾波處理后，得到實驗所需的LFPs信號，儲存時將采樣率設(shè)置為1kHz。

- 申請預(yù)約試用，小動物無線電生理記錄儀，上海欣軟 -

心電圖采集

采用清醒無創(chuàng)心電圖分析系統(tǒng)和多通道在體電生理采集系統(tǒng)共同對其心腦電進(jìn)行同步采集。實驗開始前將連接器與小鼠頭部電極相連接，將其至心電采集平臺自由活動15分鐘，使其適應(yīng)平臺減少應(yīng)激反應(yīng)。然后使用清醒無創(chuàng)心電圖分析系統(tǒng)和多通道在體電生理采集系統(tǒng)對心電及腦電信號進(jìn)行觀察，待信號穩(wěn)定后對信號進(jìn)行記錄。記錄結(jié)束后以同一時間節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行截取保存，以獲得同步采集的小鼠心電及LFPs信號。

數(shù)據(jù)分析

對采集到的不同月齡不同癡呆程度小鼠的心電信號，可得到不同病癥程度下AD小鼠心電信號的異變特征；

對采集到的不同月齡不同癡呆程度AD組和對照組小鼠海馬CA1區(qū)的LFPs信號進(jìn)行分析，研究ripple高頻振蕩能量和網(wǎng)絡(luò)連通性的變化，可得到不同病癥程度下AD小鼠LFPs信號的異變特征；

將同步采集到的模型小鼠的LFPs信號與心電信號進(jìn)行耦合分析，探究LFPs與ECG之間的信息傳遞特性及其隨癡呆程度變化的異變特征。

Fig1 5月齡小鼠海馬CA1區(qū)LFPs時頻分布(癡呆未顯現(xiàn)組和輕度癡呆組)

文獻(xiàn)引用

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