電刺激大鼠右側(cè)尾殼核誘導(dǎo)皮層腦電高頻振蕩的特征

韓娟，李永格

大腦皮層是一個(gè)節(jié)律性生物電活動(dòng)十分活躍的腦區(qū)，可以產(chǎn)生寬頻帶網(wǎng)絡(luò)電振蕩，其中高頻電振蕩(high frequency oscillations，HFO)是指頻率在 80～500 Hz的腦電活動(dòng)，包括至少 4 次明顯異于背景的振蕩。HFO根據(jù)頻率范圍分為 80～250 Hz 的漣波(ripple，R)，以及>250 Hz的快速漣波(fast ripple，F(xiàn)R)[1-3]。近些年來，皮層網(wǎng)絡(luò)HFO受到高度重視，可能成為揭示人類腦高級功能神經(jīng)信息機(jī)制以及作為評估癲癇發(fā)生、治療方法的療效以及預(yù)后的生物標(biāo)記物[4]。

雖然有關(guān)皮層HFO的研究已經(jīng)有了一些報(bào)道，但是人類對于皮層HFO的認(rèn)識(shí)仍然處于初級階段，加強(qiáng)對HFO的進(jìn)一步研究顯得尤為重要。我們前期實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，急性強(qiáng)直性電刺激大鼠右側(cè)尾殼核(caudate putamen,CPu)誘導(dǎo)皮層腦電出現(xiàn)的80～280 Hz ripple，具有明顯的對側(cè)易感性特征[5]，但是HFO的特征尚不明了。因此，本研究通過電刺激大鼠右側(cè)CPu誘導(dǎo)皮層HFO，分析HFO的基本特征，有助于對HFO有更深的了解，以期為腦高級功能以及臨床上癲癇的研究提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

共用雄性SD大鼠56只，體質(zhì)量150～250 g，由山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司質(zhì)監(jiān)中心實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室提供，合格證號(hào)為scxk(魯)2008-0002。分組飼養(yǎng)，室溫控制在20～25 ℃，空氣濕度控制在50%～55%，飲食與飲水均標(biāo)準(zhǔn)化供給。

1.2 方法

1.2.1 外科手術(shù)和植入電極

采用10%烏拉坦(1 g/kg)對大鼠進(jìn)行腹腔注射麻醉后行氣管插管術(shù)。將動(dòng)物固定在SN-3立體定向儀(Narishige，Japan)上，沿矢狀正中線切開皮膚，打開顱骨，挑開硬腦膜，用4%生理鹽水瓊脂封閉骨窗。參照《大鼠腦立體定位圖譜》[6]對電極尖端位置定位：一根不銹鋼雙極同芯刺激電極(尖端直徑0.1 mm，間距0.1 mm，阻抗0.2～0.3 MΩ)植于右側(cè)Cpu，P：3.0 mm，R：3.0 mm，H：4.3 mm；皮層顱骨表面腦電記錄用不銹鋼螺絲釘電極，P：6.0～6.5 mm，R or L：4.0～4.5 mm和參比用小腦顱骨螺絲釘電極，前囟后7.0～7.5 mm處正中。腹腔滴注肌松劑氯化琥珀膽堿(9 mL/kg.h，i.p)制動(dòng)，用小動(dòng)物呼吸機(jī)進(jìn)行人工呼吸，動(dòng)物體溫始終維持在37 ℃左右。

1.2.2 刺激與記錄

采用SEN-7203型刺激器(Nihon Kohden，Japan)經(jīng)SS102J型刺激隔離器(Nihon Kohden，Japan)進(jìn)行重復(fù)施加電刺激(60 Hz，2 s，0.4～0.6 mA)。為了避免腦組織在產(chǎn)生癲癇樣電活動(dòng)時(shí)對新加刺激的不應(yīng)期，將刺激的間隔時(shí)間設(shè)為10 min。皮層腦電圖電位經(jīng)生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)Digidatal 1322A(Axon instruments，USA)和plclamp 9.0(Axon instruments，USA)進(jìn)行采集、處理和分析，最高采樣頻率為500 kHz。電刺激點(diǎn)燃癲癇模型成功標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[7]，本實(shí)驗(yàn)所有大鼠均被完全點(diǎn)燃，且在皮層腦電圖中觀察到特征性癲癇波，形成尾殼核-皮層癲癇網(wǎng)絡(luò)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 電刺激誘導(dǎo)皮層HFO的特點(diǎn)

在56只SD大鼠上共施加335個(gè)電刺激串，記錄到新皮層腦電HFO共115串，HFO的頻率帶寬大約在80～450 Hz范圍內(nèi)。76%(87/115串)為單組分HFO，24%(28/115串)的HFO是雙組分的，且兩者比較有明顯差異(P<0.05)。

2.2 單組分皮層HFO的生物電學(xué)特征

電刺激誘導(dǎo)的皮層單組分HFO占總數(shù)的76%(87/115串)。功率譜顯示其頻率范圍在80～450 Hz內(nèi)。肉眼觀察單組分HFO的外形似紡錘體，隨著時(shí)間的推移具有振幅逐漸增大和逐漸減小的趨勢，具體分析發(fā)現(xiàn)對側(cè)皮層HFO的潛伏期明顯短于同側(cè)，但持續(xù)時(shí)間以及能量密度明顯高于同側(cè)(圖1)，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)果詳見表1。由此可見，重復(fù)施加電刺激誘導(dǎo)的皮層單組分HFO具有明顯的對側(cè)易感性特征。

圖1 ATRC誘導(dǎo)雙側(cè)皮層80～450 Hz單組分HFO

表1 電刺激誘導(dǎo)雙側(cè)皮層80～450 Hz單組分HFO的基本特征

2.3 雙組分皮層HFO的生物電學(xué)特征

重復(fù)施加電刺激后，誘導(dǎo)出現(xiàn)皮層雙組分HFO為24%(28/115串)。雙組分HFO的生物電模式與電振蕩頻率范圍與單組分HFO接近，大約在80～450 Hz之間，且對側(cè)雙組分HFO的第一組分與第二組分的潛伏期明顯短于同側(cè)，但持續(xù)時(shí)間以及能量密度明顯高于同側(cè)(圖2)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)果詳見表2、3。由此可見，重復(fù)施加電刺激誘導(dǎo)的皮層雙組分高頻HFO也具有明顯的對側(cè)易感性特征。

圖2 電刺激誘導(dǎo)雙側(cè)皮層80～450 Hz雙組分HFO

表2 電刺激誘導(dǎo)雙側(cè)皮層80～450 Hz HFO第一組分的基本特征

表3 電刺激誘導(dǎo)雙側(cè)皮層80～450 Hz HFO第二組分的基本特征

3 討論

癲癇是一種由神經(jīng)元放電興奮和抑制失去平衡所導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)顯示，全球癲癇患者的數(shù)量接近7 000萬，其中我國癲癇患者數(shù)量更以每年40萬的速度增長[8]。顳葉癲癇屬于最常見的成人部分發(fā)作性癲癇，其典型的病理改變是海馬(hippocampus，HPC)結(jié)構(gòu)的硬化和萎縮，累積HPC和海馬旁結(jié)構(gòu)等邊緣網(wǎng)絡(luò)，包括皮層或皮層下結(jié)構(gòu)的改變[9]。有研究證實(shí)皮層和基底核不僅在學(xué)習(xí)和記憶中產(chǎn)生作用[10-11]，而且與癲癇的發(fā)生密切相關(guān)[12-15]。

CPu是基底神經(jīng)節(jié)的重要組成部分之一，主要參與錐體外系功能的形成。CPu參與癲癇網(wǎng)絡(luò)的形成是比較多見的，例如當(dāng)給予CPu高頻或低頻兩種刺激的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)低頻(4～6 Hz)電刺激腹側(cè)尾狀核可以減少患者新皮質(zhì)和中部顳葉癲癇灶的異常電活動(dòng)，阻斷癲癇放電的擴(kuò)布，而使用高頻電刺激時(shí)可以易化癲癇樣電活動(dòng)[16]；強(qiáng)直性電刺激CPu可以構(gòu)建CPu-HPC癲癇網(wǎng)絡(luò)[17-18]。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)直性電刺激右側(cè)CPu誘導(dǎo)皮層HFO產(chǎn)生，說明重復(fù)電刺激CPu可以誘導(dǎo)CPu-皮層癲癇電網(wǎng)絡(luò)的建立。雖然新皮層腦電HFO的生物學(xué)意義仍然處于探討之中，但是在癲癇患者或動(dòng)物模型上觀察到的漣波(ripple)提示其本身也可能是一種癲癇的電活動(dòng)形式，或者說是一種癲癇發(fā)作樣的電活動(dòng)[19-20]。

兩側(cè)大腦半球的皮層存在相互功能聯(lián)系，如臨床上難治性顳葉癲癇患者出現(xiàn)兩側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)體積減少[21]；在HPC點(diǎn)燃動(dòng)物癲癇模型中發(fā)現(xiàn)，激活一側(cè)HPC可以誘導(dǎo)雙側(cè)HPC發(fā)作間期的尖波發(fā)放[22]；慢性強(qiáng)直性電刺激一側(cè)HPC可以誘發(fā)全身原發(fā)性和繼發(fā)性濕狗樣抖動(dòng)，伴有雙側(cè)腦區(qū)非對稱性核磁共振檢測異常[23]。這些都說明癲癇電網(wǎng)絡(luò)的跨半球特征。

本次研究表明，強(qiáng)直性電刺激右側(cè)CPu誘導(dǎo)的新皮層腦電HFO往往具有對側(cè)易感性特征，雙側(cè)新皮層HFO的對稱性出現(xiàn)可以看作是一種鏡像反應(yīng)。這些現(xiàn)象證實(shí)強(qiáng)直性電刺激右側(cè)CPu誘導(dǎo)的癲癇電網(wǎng)絡(luò)是可以跨越大腦半球的，提示臨床上的一側(cè)顳葉癲癇灶?？梢岳鄯e雙側(cè)HPC、皮層或其它腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。