低頻電刺激對培養(yǎng)神經元網(wǎng)絡慢振蕩的調控研究.pdf

1、同步振蕩存在于腦的多種功能活動中，是神經科學研究中的重要對象。頻率小于1Hz的同步振蕩是慢振蕩，被認為與記憶過程相關，但其形成和調控機制尚不清楚。本文在培養(yǎng)于多電極陣列上的海馬神經元網(wǎng)絡中發(fā)現(xiàn)了慢振蕩，研究了其時空特征，并在此基礎上初步探索了低頻電刺激對慢振蕩的調控及其機制。主要研究內容和結果如下：
　　 通過多電極陣列對培養(yǎng)海馬神經元網(wǎng)絡的長時間自發(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)。‘up’狀態(tài)時，網(wǎng)絡活動為同步超級簇發(fā)（superburst），平均放電頻率較高，各細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。在神經元網(wǎng)絡中，‘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構和同步化的特征，且可維持1個月以上，為研究慢振蕩的調控及機制提供了有利模型。<

3、br>　　 利用低頻電刺激能夠誘導網(wǎng)絡提前進入‘up’狀態(tài)，從而縮短慢振蕩的周期，實現(xiàn)對慢振蕩的調控。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離‘up’狀態(tài)的結束時刻，所需的刺激脈沖數(shù)目越少，兩者之間呈負線性關系。在發(fā)育后期網(wǎng)絡慢振蕩消失后，1Hz電刺激

4、不能誘導出同步超級簇發(fā)；10Hz電刺激能夠誘導出同步超級簇發(fā)，但持續(xù)時間短于自發(fā)狀態(tài)下。結果表明，1Hz電刺激可誘導‘up’狀態(tài)的提前出現(xiàn)，同時保持‘up’狀態(tài)內部時空特征，因此可以作為研究慢振蕩產生和調控機制的有力工具。
　　 對神經元網(wǎng)絡響應的規(guī)律及GABA-A受體的作用進行分析，探討了低頻電刺激對慢振蕩調控的機制。誘導的和自發(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)定的響應鋒電位，且該數(shù)目與神經元自身自發(fā)平均鋒電位頻率呈正線性關系，從而同步增加網(wǎng)絡的活動頻率，提前進入‘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構的作用。在網(wǎng)絡加入GABA-A受體阻斷劑之后，低頻電刺激不能誘導出超級簇發(fā)。因此，低頻電刺激對慢振蕩的調控機制是：在GABA-A受體維持網(wǎng)絡活動的精確時間結構的基礎上，通過