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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)良好的應用前景。DBS通常使用高頻電刺激(high frequencystimulation,HFS),但其作用機制仍不明確。近些年的研究表明,HFS對軸突的調(diào)控作用可能是DBS發(fā)揮治療效果的重要機制。由于腦神經(jīng)元軸突較細,在體動物實驗難以直接測量和研究單根神經(jīng)元軸突的活動,目前關(guān)于HFS對軸突調(diào)控作用的認識大多從神經(jīng)元胞體的活動推測得到。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HFS的響應、HFS對軸突束活動的去同步作用、以及HFS對軸突上神經(jīng)信息傳導的影響。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,導致軸突無法跟隨每個電脈沖產(chǎn)生動作電位。這種間歇式阻滯產(chǎn)生的原因是:連續(xù)的動作電位發(fā)放導致軸周間隙內(nèi)鉀離子(K+)累積,而K+擴散以及鈉-鉀泵的清除機制的共同作用會造成K+濃度波動,從而引起膜電位和鈉通道開放概率的波動。此外,軸突對HFS的響應(阻滯程度)還具有刺激強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,也就是間歇式的動作電位發(fā)放間隔不同,這造成不同軸突上動作電位發(fā)放時間發(fā)生錯位,從而產(chǎn)生去同步的效果?？梢酝茰y,這種去同步的軸突活動傳遞至下游投射區(qū)的神經(jīng)核團,可以引起神經(jīng)核團活動的去同步。(3)高頻電刺激可以限制軸突上流通的神經(jīng)信號的傳導HFS期間刺激上游的自發(fā)活動只有部分可通過刺激位點傳導至下游。這是由于HFS增加了不應期的長度,使得自發(fā)活動在刺激期間只能在有限的時間窗口內(nèi)通過刺激部位向下游傳導。此外,刺激上游自發(fā)活動向下游傳導的成功率與刺激頻率有關(guān),在100Hz時傳導成功率最低,而刺激頻率較低(20Hz)或更高(200 Hz)時傳導成功率會上升?？傊?本文利用神經(jīng)元軸突的仿真模型,研究了 HFS對軸突的調(diào)控作用,驗證了目前實驗研究尚無法直接證實的軸突間歇式阻滯的現(xiàn)象,并闡明了這種阻滯對于神經(jīng)元活動的去同步作用,以及對于神經(jīng)信息傳導的影響。這些結(jié)果為DBS作用機制的研究提供了新的思路,對于促進DBS的臨床應用具有重要意義。

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019