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高頻電刺激調(diào)控腦神經(jīng)元軸突的仿真研究

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月19日 00:09

高頻電刺激調(diào)控腦神經(jīng)元軸突的仿真研究

【摘要】： 深部腦刺激(deepbrainstimulation,DBS)已經(jīng)在帕金森病、癲癇病等多種腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中展現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。DBS通常使用高頻電刺激(high frequencystimulation,HFS),但其作用機(jī)制仍不明確。近些年的研究表明,HFS對(duì)軸突的調(diào)控作用可能是DBS發(fā)揮治療效果的重要機(jī)制。由于腦神經(jīng)元軸突較細(xì),在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)難以直接測(cè)量和研究單根神經(jīng)元軸突的活動(dòng),目前關(guān)于HFS對(duì)軸突調(diào)控作用的認(rèn)識(shí)大多從神經(jīng)元胞體的活動(dòng)推測(cè)得到。因此,本文通過建立腦神經(jīng)元有髓鞘軸突模型,直接考察軸突對(duì)HFS的響應(yīng)、HFS對(duì)軸突束活動(dòng)的去同步作用、以及HFS對(duì)軸突上神經(jīng)信息傳導(dǎo)的影響。主要的仿真研究結(jié)果如下:(1)高頻電刺激引起軸突間歇式阻滯HFS能夠誘發(fā)軸突間歇式阻滯,導(dǎo)致軸突無法跟隨每個(gè)電脈沖產(chǎn)生動(dòng)作電位。這種間歇式阻滯產(chǎn)生的原因是:連續(xù)的動(dòng)作電位發(fā)放導(dǎo)致軸周間隙內(nèi)鉀離子(K+)累積,而K+擴(kuò)散以及鈉-鉀泵的清除機(jī)制的共同作用會(huì)造成K+濃度波動(dòng),從而引起膜電位和鈉通道開放概率的波動(dòng)。此外,軸突對(duì)HFS的響應(yīng)(阻滯程度)還具有刺激強(qiáng)度和刺激頻率依賴性。最后,軸突阻滯僅限于受刺激部位的局部區(qū)域,距離刺激源最近的郎飛氏結(jié)(Node)的阻滯最嚴(yán)重,兩側(cè)Node阻滯程度逐漸降低。(2)高頻電刺激可以引起軸突束內(nèi)各個(gè)軸突的去同步發(fā)放HFS能夠引起軸突束中不同軸突的活動(dòng)產(chǎn)生去同步。這是由于與刺激源距離不同的軸突的阻滯程度存在差異,也就是間歇式的動(dòng)作電位發(fā)放間隔不同,這造成不同軸突上動(dòng)作電位發(fā)放時(shí)間發(fā)生錯(cuò)位,從而產(chǎn)生去同步的效果。可以推測(cè),這種去同步的軸突活動(dòng)傳遞至下游投射區(qū)的神經(jīng)核團(tuán),可以引起神經(jīng)核團(tuán)活動(dòng)的去同步。(3)高頻電刺激可以限制軸突上流通的神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)HFS期間刺激上游的自發(fā)活動(dòng)只有部分可通過刺激位點(diǎn)傳導(dǎo)至下游。這是由于HFS增加了不應(yīng)期的長度,使得自發(fā)活動(dòng)在刺激期間只能在有限的時(shí)間窗口內(nèi)通過刺激部位向下游傳導(dǎo)。此外,刺激上游自發(fā)活動(dòng)向下游傳導(dǎo)的成功率與刺激頻率有關(guān),在100Hz時(shí)傳導(dǎo)成功率最低,而刺激頻率較低(20Hz)或更高(200 Hz)時(shí)傳導(dǎo)成功率會(huì)上升?？傊?本文利用神經(jīng)元軸突的仿真模型,研究了 HFS對(duì)軸突的調(diào)控作用,驗(yàn)證了目前實(shí)驗(yàn)研究尚無法直接證實(shí)的軸突間歇式阻滯的現(xiàn)象,并闡明了這種阻滯對(duì)于神經(jīng)元活動(dòng)的去同步作用,以及對(duì)于神經(jīng)信息傳導(dǎo)的影響。這些結(jié)果為DBS作用機(jī)制的研究提供了新的思路,對(duì)于促進(jìn)DBS的臨床應(yīng)用具有重要意義。

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019