深部脑刺激作用机制的探讨

深部脑刺激器（deep brain stimulator）,也经常被称为脑起搏器,是可植入人体设备,并连续不断地传送刺激脉冲到深部脑组织的特定区域,即所谓的深部脑刺激（deep brain stimulation,DBS）.迄今为止,深部脑刺激是治疗严重顽固抗药性运动障碍疾病（如帕金森病,原发性震颤及肌张力异常等）的最有效的外科治疗手段之一.此外,广大的科研工作者也不断地探索应用DBS治疗其他神经及精神异常（如,癫痫和强迫症）的新的临床应用.尽管应用DBS治疗运动障碍非常有效,并也迅速被探索性地应用到其他神经障碍治疗中,但其作用机制仍然不是十分清楚,成为学者们争论的热点.DBS治疗效果的作用机制通常有两种基本的观点：高频刺激抑制学说及高频刺激兴奋学说.基于最近发表的关于中枢神经系统内的高频刺激效应的资料、数据及相关评论,两种机制共存并发挥作用的DBS作用假说被提出,认为DBS通过施加高频刺激干扰并控制了核团病理性紊乱随机活动,同时施加兴奋性刺激到其他基底节的网络,以实现对帕金森病的治疗.     

脑深部电刺激的临床应用

脑深部电刺激(deep brain stimulation,DBS)是近20年来神经外科领域发展最迅猛的技术。DBS是通过刺激发生器发出的高频电脉冲信号刺激脑神经核团或神经传导束来调节异常的神经环路。DBS已经成为治疗特发性震颤、帕金森病、肌张力障碍等运动障碍病的常规手术方法。自1997年深部脑刺激通过美国FDA认证用于治疗特发性震颤以来,已有超过数万名运动障碍患者接受该疗法,而国内脑深部电刺激最早在1999年应用于帕金森病临床治疗,迄今也有数千例患者接受了植入手术。近年,脑起搏器的临床适应症不断扩大,从最初的运动障碍病逐渐发展到治疗其他神经和精神疾病,如抽动秽语综合征、强迫症、抑郁症、神经性厌食症、难治性疼痛、癫痫、植物状态和阿尔茨海默病等,虽然DBS的治疗机理还不很清楚,但可以预见未来DBS将成为众多神经和精神疾病的重要治疗方法。     

新型深部脑刺激模式的开发及研究进展

深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)已成为治疗帕金森病等运动障碍疾病的常规方法之一,并且在许多其他神经和精神疾病的治疗中也具有良好的应用前景.但是,目前常规DBS采用单通道恒定脉冲间隔的高频刺激(high frequency stimulation,HFS),刺激模式缺少多样化,限制了DBS在临床上的推广应用.为了开发更多DBS刺激模式,用于改善疗效、拓展应用范围、并节省刺激器的电能,近年来研究人员基于去同步调控机制,在脉冲序列的时间模式和空间排布两方面开发了DBS新模式.主要包括:变频序列(包括规则变频和随机变频)、不同空间位点上的多通道异步刺激以及变频和多通道两者的结合.这些新刺激模式能够提高DBS的临床疗效、降低刺激能耗,在帕金森病以及癫痫、强迫症和微意识障碍等其他脑疾病的治疗中都展现了良好的应用前景.更值得关注的是,多通道异步刺激不仅在刺激期间具有更好的即时疗效,而且刺激结束后还能长时间保持疗效,具有刺激后效应.这个特性突破了常规DBS主要为即时效应的局限性,展现了DBS新前景.本文在概述常规DBS模式及其去同步调控机制的基础上,综述变频脉冲刺激和多通道刺激等新型DBS模式,可以为促进DBS的发展提供有价值的信息.     

大鼠海马神经元对于高频脉冲刺激的暂态响应

闭环刺激是深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)的重要发展方向之一,有望用于治疗多种脑神经系统疾病.与常规开环的长时间持续刺激不同,闭环刺激通常采用短促的高频脉冲序列.而神经元对于高频刺激的响应存在暂态过程,在初期的短时间内会发生很大变化,从而影响闭环刺激的作用.为了研究这种暂态过程,在大鼠海马CA1区传出轴突纤维(alveus)上施加不同频率的恒频以及随机变频的逆向高频刺激(antidromic high-frequency stimulation,A-HFS),并以逆向诱发的群峰电位(antidromically-evoked population spike,APS)的幅值作为指标来考察神经元群体的响应.研究结果表明,100、133和200 Hz的恒频A-HFS初期,APS迅速衰减,脉冲频率越高,APS衰减越快.平均不到1 s时间内APS的幅值就会下降一半以上,100 Hz时的平均半衰期为～0.96 s,频率增加1倍至200 Hz时,平均半衰期缩短至～0.21 s.使用100～200 Hz范围内实时微调脉冲间隔的随机变频刺激,则可以显著延缓神经元响应的衰减速度,延长刺激作用的维持时间.这些结果可以为短促闭环刺激等DBS新模式的开发提供依据.     

脑深部电刺激自身给药大鼠伏隔核区△FosB的表达

目的:对吗啡依赖大鼠实施双侧伏隔核脑深部电刺激(NAc-DBS),分析NAc区△FosB的表达变化,为NAc-DBS治疗药物依赖提供分子生物学证据.方法:18只大鼠随机分为三组,包括DBS组(n=6,实施颈静脉插管和电板植入手术,吗啡给药,DBS),Sham组(n=6,实施颈静脉插管和电极植入手术,吗啡给药),Control组(n=6,实施颈静脉插管和电极植入手术,给予生理盐水),观察DBS组大鼠在高频电烈激期(160 Hz,1 h/d,7d)的觅药行为变化,然后进行取脑,切片,免疫组化染色,观察伏隔核区△FosB的表达.结果:成瘾大鼠在高频电刺激期,觅药行为明显减少;免疫组化染色后观察到DBS组大鼠NAc区△FosB的表达相对于Sham和Control组明显减少.结论:双侧NAc-DBS抑制吗啡成瘾大鼠的觅药行为以及NAc区△FosB的表达,证实△FosB可能是慢性成瘾转换机制的关键分子的观点.     

时域相干刺激研究进展

脑深部电刺激已成为许多神经和精神疾病的有效治疗方法。然而,侵入性的电极植入会带来手术并发症的风险,并且刺激靶区在植入后很难改变。经颅磁刺激和经颅电刺激等非侵入性刺激方法为调节大脑功能提供了新的途径。但是,尚未证明这些非侵入性脑刺激方法可以直接调节脑深部神经元活动而不影响皮层神经元。因此,这些方法主要用于调节大脑表层脑区的神经活动。时域相干（temporal interference,TI）刺激是通过两个高频电场相互作用,产生低频包络调节神经活动的一种非侵入式脑深部电刺激的新方法,该方法有望解决无创脑深部刺激的需求。本文首先介绍TI刺激的概念以及安全性,然后阐述TI刺激现有研究中的电场分析方法,并讨论电场分析相关的生理模型建模方法和仿真平台以及TI刺激诱发场分布的研究进展与在动物和人体中的应用进展。最后,本文展望了TI刺激技术未来发展方向,以期为无创脑深部刺激研究提供新的研究思路。     

帕金森病大鼠STN-DBS刺激8天后黑质内胶质细胞的形态学变化

目的：观察丘脑底核脑深部电刺激（STN—DBS）慢性刺激后黑质内胶质细胞和多巴胺能细胞的变化。方法：取50只健康Wistar雄性大鼠随机分为假造模组（n=10）和6-羟基多巴胺（6-OHDA）组（11=40）。立体定向单侧造模成功后将6-OHDA组随机分为假手术组（n=10）,假刺激组（n=15）,刺激组（n=15）。刺激组和假刺激组植入STN—DBS,假手术组进行手术但不植入电极。刺激组术后第8d开始每日在固定时间给予连续脉冲刺激,持续时间30mins,连续8d。假刺激组刺激方法同上但关闭电源。在STN—DBS刺激前、刺激时和刺激后观察2mins内大鼠阿扑吗啡旋转次数。刺激结束后将大鼠断头取脑固定,取左侧黑质脱水、透明、浸蜡、包埋、切片,染色。电镜下观察细胞形态并进行细胞计数。结果：帕金森大鼠植入STN—DBS刺激后症状显著改善。慢性刺激8天后刺激组黑质内的星形胶质细胞和多巴胺能细胞均较假刺激组和假手术组明显增加并有统计学意义,而刺激组的小胶质细胞较假刺激组和假手术组有所减少但无统计学意义。结论：STN-DBS慢性刺激可以促使黑质内星形胶质细胞增多,小胶质细胞减少,对黑质内爹巴胺能细胞有一定的保护作用。     

深部脑刺激作用机制的研究进展

深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)已在临床上广泛用于治疗帕金森病等疾病引起的运动障碍,它在难治性癫痫、顽固性强迫症等其他脑中枢神经系统疾病的治疗上也展现出良好的应用前景.经过30多年的临床应用、动物实验和计算模型仿真等多方面的研究,DBS的机制也逐渐明朗.虽然尚无定论,但已取得许多重要进展.本文从电生理角度分析和总结了有关DBS机制的发展历程.从早期的抑制论和兴奋论到目前主导的调控论;从关注刺激位点的神经元活动,到发现神经元胞体与轴突活动的去耦合,再到高频刺激诱导的间歇性轴突阻滞,以及由此轴突活动可能导致的投射区神经元群体的去同步活动.这一系列研究进展表明DBS具有复杂的神经网络调控机制.了解DBS的作用机制对于提高其疗效、开发新刺激模式以及扩大临床应用的范围都具有重要意义.     

下丘脑促性腺激素释放激素脉冲发生器

哺乳动物下且脑内诱发并调节促性腺激素释放激素脉冲式释放进入垂体门脉循环,从而引起黄体生成素脉冲式释放的神经机制叫做ＬＨＲＨ脉冲发生器,在下丘脑内侧基底部,记录到和ＬＨＲＨ脉冲释放相同下的多单位阵发性放电,以此为指标可直接生机能的中区神经内分泌系统的活动。     

精准定位脑刺激对运动功能调控研究进展

脑刺激是神经科学研究的重要手段,传统的经颅磁刺激和经颅电刺激等脑刺激方法尽管能调控运动功能(包括减轻运动性障碍疾病的运动障碍、提高运动能力等),但存在空间分辨率低且无法刺激深部脑组织的局限性.近年来迅速发展的深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)、光遗传学、经颅超声刺激(transcranial ultrasound stimulation,TUS)、时间干涉(temporal interference,TI)等精准定位脑刺激方法,具有空间分辨率高、可聚焦深部脑组织等优点.本文综述了上述几种脑刺激方法的原理、特点,对运动功能调控的研究进展,以及面临的挑战和发展前景,从而为神经科学研究提供更好的研究工具,为临床实践提供更多的干预治疗手段.     

神经元对于高频电刺激的动态响应

深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)在许多神经系统疾病的临床治疗上都展现出良好的应用前景,然而,其作用机制尚不明确.常规DBS采用高频刺激(high frequency stimulation,HFS)的脉冲序列,这种窄脉冲最容易激活神经元结构中的轴突部分,通过轴突的投射,将HFS的作用传播至下游神经元.因此,为了探讨DBS的作用机制,并鉴于海马脑区是治疗癫痫和痴呆症等疾病的重要靶点,我们研究了海马区轴突HFS对于下游神经元的作用.对麻醉大鼠的海马CA1区传入神经通路Schaffer侧支施加1 min的100 Hz高频刺激,记录并提取下游CA1区锥体神经元和中间神经元的单元锋电位.计算锋电位的发放率,以及它们与刺激脉冲之间的锁相值(phase-locking value,PLV)和潜伏期,以定量分析HFS期间神经元动作电位发放的变化趋势.结果显示,在传入轴突上施加HFS时,初期会诱发下游神经元群体同步产生动作电位(即群峰电位).在HFS后期(群峰电位消失之后),两类神经元的单元锋电位发放仍然持续,并且发放率较稳定.但是,锋电位与刺激脉冲之间的锁相性逐渐减弱、潜伏期逐渐延长.而且,与中间神经元相比较,锥体神经元锋电位的锁相性更弱、潜伏期更长.这些结果表明,持续的轴突HFS可以诱导下游神经元产生非同步的活动,高频脉冲刺激引起的不完全轴突传导阻滞可能是导致该现象产生的主要原因.本文的研究为揭示脑刺激的作用机制提供了重要信息.     

海马区锥体神经元轴突高频电刺激对胞体的影响

目的 深部脑刺激（deep brain stimulation,DBS）利用持续的电脉冲高频刺激（high-frequency stimulation,HFS）调控神经元的活动，可望用于治疗更多脑疾病。为了深入了解HFS的作用机制，促进DBS的发展，本文研究轴突HFS在引起轴突阻滞期间神经元胞体的改变。方法 在麻醉大鼠海马CA1区的锥体神经元轴突上施加脉冲频率为100 Hz的1 min逆向高频刺激（antidromic high-frequency stimulation,A-HFS）。为了研究胞体的响应，利用线性垂直排列的多通道微电极阵列，记录刺激位点上游CA1区锥体神经元胞体附近各结构分层上的诱发电位，包括A-HFS脉冲诱发的逆向群峰电位（antidromic population spike,APS）以及A-HFS期间施加的顺向测试脉冲诱发的顺向群峰电位（orthodromic population spike,OPS），并计算诱发电位的电流源密度（current-source density,CSD），用于分析A-HFS期间锥体神经元胞体附近动作电位的生成和传导。结果 锥体神经...     

脑血管紧张素对黄体生成激素分泌的影响

脑内存在一个独立而完整的肾素－血管紧张素系统。血管紧张素Ⅱ对ＬＨ分泌的调节作用是：（１）脑内外源ＡⅡ对ＬＨ分泌的调节与动物体内性类固醇激素水平有关。去卵巢动物ＡⅡ可以抑制ＬＨ分泌,去卵巢用雌激素处理动物ＡⅡ不影响ＬＨ的分泌,去卵巢用雌、孕激素处理的动物ＡⅡ则可刺激ＬＨ分泌;（２）脑内内源ＡⅡ参与调节大鼠动情前期ＬＨ峰;（３）ＡⅡ对ＬＨ分泌的调节可能是通过ＬＨ－ＲＨ和去甲肾上腺素的作用。     

膀胱电子控制器

膀胱排尿障碍是脊髓损伤的严重并发症,常用方法之一是松解括约肌,但会导致永久性失禁和随身携带尿瓶的麻烦。近二十年来,人们试图用膀胱电子控制来控制尿液的排泄。膀胱电子控制器是用直流脉冲信号,通过从脊髓下行的运动神经来控制膀胱的收缩,由微型信号发生器、接受器、电板等组成,接收器植入于患者胸前皮下,信号发生器置于胸前。当启动信号发生器时,刺激信号透过胸壁进入接受器内,并解调为直流脉冲,经电缆脉冲被     

脑深部电刺激的研究现状

脑深部电刺激是近年来神经中枢疾病治疗的一项新技术,具有可逆性、参数可调、对组织非破坏性等特点.目前,脑深部电刺激的治疗对象主要有帕金森症患者、癫痫患者以及各种难治性疼痛患者.本文综述了脑深部电刺激的概念、原理、优缺点,并对临床应用现状和应用前景进行了分析.     

高频电刺激伏隔核对可卡因成瘾大鼠自身给药行为学的影响

目的:研究可卡因诱导的大鼠自身给药行为,为临床治疗药物成瘾提供新的思路.方法:24只雄性大鼠随机分为对照组,假手术组和DBS高频电刺激组,每组8只.3组大鼠全部行右侧颈静脉长期置管术,假手术组和刺激组同时进行双侧伏隔核电极植入术,术后第7天起进行每天2小时的自身给药训练,训练程序为固定比率的FRI程序(即大鼠触碰鼻触一次可获得药物注射一次).每次注射后20s内为不应期,当大鼠连续3天触鼻频率最高值与最低值的差值小于均数标准差的1/4后,FRI模式下的大鼠自身给药训练成功.模型建立成功以后对DBS刺激组进行高频电刺激.结果:刺激组大鼠在高频电刺激15天触鼻频率与自身给药动练第15天触鼻频率相比明显减少(P＜0.01),而对照组和假手术组无明显统计学差异(P＞0.05);剌激组大鼠触鼻频率与假刺激组和对照组相比明显减少(P＜0.01).结论:脑深部高频电刺激可抑制可卡因成瘾大鼠对可卡因的依赖.     

微弱电刺激对失眠者睡眠状况及睡眠脑电影响的初步研究

根据睡眠是由脑内亿万神经元同步振荡所刻划的观点［１］,及各种电刺激对动物睡眠影响的实验［２,３］,设计了用特定θ频率的正弦波微弱电流,刺激失眠病人颈部安眠２穴,以观察其对受试者脑电频率的客观影响。其结果是刺激后失眠病人由醒到２期的脑电记录中,θ波逐渐增加,增加了病人的总睡眠时间。这启示我们这种脑部的特殊频率微弱电流刺激,可能有引起脑部神经元群的共振现象,改变了受试者脑电中频率成分的分布特征,从而有助于失眠的治疗。这一现象是值得进一步研究的。     

变间隔的脉冲改变高频刺激对于脑神经元的作用

通常采用恒定电脉冲间隔的高频刺激(high-frequency stimulation,HFS),进行深部脑刺激治疗帕金森氏症等运动障碍疾病.为了开发适用于不同脑疾病治疗的新刺激模式,近年来脉冲间隔(inter-pulse-interval,IPI)变化的变频刺激模式受到关注.已有研究表明,即使具有相同的平均电脉冲频率,变频刺激与恒频刺激的治疗效果也不同.我们推测,变频刺激的短小IPI变化就足以改变HFS对于神经元的作用.为了验证此推测,本文在大鼠海马CA1区锥体神经元的输入轴突纤维上交替施加恒频刺激(100或133 Hz,即IPI=10 ms或7.5 ms)和随机变频刺激(100～200 Hz,即IPI=5～10 ms,平均频率为133 Hz),记录并分析刺激下游神经元群体的诱发电位,用于定量评价神经元对于恒频和变频刺激的响应.实验结果表明,持续的恒频刺激使得神经元的响应从最初的同步发放形成的群峰电位(population spike,PS)转变为非同步的动作电位发放(即单元锋电位).但是,当刺激切换为变频模式时,却又可以诱发神经元群体同步产生动作电位,重新形成PS波.并且,变频刺激诱发的PS幅值和神经元发放的同步程度可达基线的单脉冲刺激诱发波的水平.但是,PS的发生率只有脉冲刺激频率的7%左右,表明在持续的变频刺激时,多个脉冲累积的作用才能诱发这种同步的神经元发放.而且PS的出现与前导IPI的长度之间存在一定关系.神经元的轴突和突触等结构对于高频刺激的非线性响应可能是变频刺激诱发同步活动的原因.这些结果表明,变频刺激序列中短小的间隔变化可以产生与恒定间隔不同的调控作用.本文的结果对于揭示脑刺激的作用机制,促进新型刺激模式的开发及其在不同类型脑疾病治疗中的应用具有重要意义.     

无线遥测和刺激技术建立兔房颤模型的探索

目的探索一种在无线遥测和刺激技术基础上的兔房颤模型的制作。方法新西兰兔皮下植入自主研发的植入式遥测刺激器,植入式遥测刺激器的制作是以TI公司（德州仪器）的MSP单片机和TI公司的RF无线收发芯片CC2250为核心开发设计。优化植入系统设计以满足新西兰兔房颤模型建立的探索实验;植入子植入新西兰兔腹部皮下,采集电极留置于左上肢和右上肢腋下皮下,两个刺激电极分别缝合于左心耳和左心房上,通过无线收发采集和刺激信号;实现利用Powerlab生理记录仪连续监测体表I导联心电信号,并通过专用计算机程序刺激软件,发放间歇（刺激2 s,暂停2 s）高频（频率20 Hz）阈上（强度2 mA,脉宽1 ms）刺激,若间歇期内出现房颤,则人为干预中止刺激,若转为窦性心律,则继续刺激。结果植入式遥测刺激器在体内可稳定工作（包括采集模拟心电信号和发放刺激）30 d,植入新西兰兔体内刺激3周后可诱导出房颤,持续时间〉48 h。结论用新西兰兔代替比格犬建立基于无线遥测和刺激基础上的房颤模型是完全可行的,同时也体现了动物福利优化和替代原则。     

创伤后应激障碍的经颅磁刺激研究进展

创伤后应激障碍会损伤记忆、注意和执行等认知功能,引起异常的脑活动及脑区间功能连接.尽管药物治疗和心理干预能够取得一定的治疗效果,但存在药物副作用和起效延迟等问题.经颅磁刺激作为新的创伤后应激障碍干预手段受到越来越多的关注.本文通过综述经颅磁刺激干预创伤后应激障碍以及调控认知功能和脑活动的相关研究,系统探讨了创伤后应激障碍干预中经颅磁刺激模式、刺激靶点和疗效评估等问题,并提出未来借助更有效的技术手段进行定位、建立全面有效的评估体系和结合新的记忆理论探索具有长期临床改善效果的干预方案.