神經電生理檢測是一種可以對大腦的復雜神經活動進行研究的方法。通過此方法研究者能夠獲取受試者腦部特定腦區或同步獲取數個腦區的神經元活動狀態。神經電生理檢測方法中，局部場電位（LFPs）技術應用最為廣泛，該技術可以同時記錄的神經元活動較多，并且可以對記錄神經元放電活動的進行實時觀測。多通道記錄技術主要是通過將微絲電極植入到目標腦區，通過目標腦區的微絲電極對所植入的腦區的神經元細胞外的鋒電位Spikes（動作電位）信號和局部場電位信號進行采集，采集得到的LFPs信號主要對神經元網絡的活動狀態進行反映。EEG信號是一種在全腦范圍對一段時間內電生理信號的變化進行記錄的方法，而LFPs信號是微絲電極對所植入區域一段時間內所有神經元活動的記錄，LFPs信號相較于EEG信號具有較高的空間分辨率。腦電信號包含大量不同頻段的節律振蕩，這些震蕩是不同的神經活動的體現，它們在同樣認知活動中起到重要的作用。海馬神經元網絡結構為產生從低頻振蕩到高頻振蕩（0.025-600Hz）提供非常適合的框架。認知功能與theta振蕩（4-12Hz）和gamma振蕩（30-80Hz）這兩種節律振蕩存在密切聯系，這兩種節律震蕩全部可以從海馬區檢測到，其中theta振蕩一般出現于進行運動時或睡眠快速眼動期（REM），gamma振蕩一般表現于認知過程或運動過程中。Akkad等通過在感覺運動皮層上使用經顱交流電刺激來調節運動技能習得期間的theta-gamma活性，發現theta-gamma活性可能是整個大腦學習的常見機制。Smailovic等對AD患者的定量腦電圖進行評估，發現AD患者的腦電圖中theta和beta頻帶的測量值減少。與正常個體相比，AD患者的theta功率密度在整個大腦中增加，而beta功率降低。有研究研究發現，視覺皮層中存在由笛卡爾光柵引起gamma節律，這些刺激誘導的gamma節律的功率與認知程度相關。

AD患者的心電及腦電信號存在異變，但異變特征尚不明確，研究AD模型動物的心電以及腦電信號的異變特征以及心腦電信號異變之間的聯系有助于從神經電信號異變特征入手識別病癥程度。相比于磁共振成像、計算機斷層成像、正電子發射型計算機斷層顯像、認知功能臨床篩查、認知評估、腦脊液標志物、血液標志物和基因檢測等傳統AD檢測方法，HRV和EEG可以在日常生活中對AD進行及時預警，及時對患者的神經電生理信號異變進行識別，提示患者對其進行進一步檢測，以達到盡早識別AD的目的。

選取廣泛應用于癡呆研究的APP/PS1模型小鼠作為模型，利用水迷宮實驗對不同月齡AD小鼠學習記憶能進行劃分，根據學習記憶能力對模型小鼠的癡呆程度進行劃分，利用無創心電采集技術以及多通道記錄技術，對小鼠心電及局部場電位信號進行采集，研究不同月齡不同病癥程度AD小鼠的心率變異性和局部場電位信號的異變情況。并對AD小鼠的局部場電位信號和心電信號進行同步采集，對采集到的信號進行耦合分析，探究隨癡呆程度變化AD小鼠海馬區與自主神經系統的之間的聯系及其變化特征。

AD小鼠行為學檢測

行為學實驗使用設備為Morris水迷宮視頻分析系統，主要包括圖像采集與處理系統、圓形水池和圓形實驗平臺。水池深度500mm，半徑為600mm，水池中放置40mm半徑的可移動平臺。實驗室隔音良好，沒有直射光線。為防止環境因素對實驗中的小鼠造成影響，使用水池周圍圍掛窗簾。通過自帶的加熱系統，對水進行加熱，保證水溫維持在23℃左右。由于本研究使用的模型動物、水池和平臺顏色為黑色，為了保證圖像采集系統的識別效率，需要增加對比度，在水中混入奶制品使之呈現白色，同時對平臺使用白色織物進行覆蓋，平臺位于水平面以下5mm處。將圓形水池按方向平均分為為東（East，E）、南（South，S）、西（West，W）和北（North，N）4個象限，平臺放置于E象限。在4個象限的池壁中心分別附有不同的形狀（如圓形，三角形，正方形和六角星）的視覺線索。在水池上方安裝攝像系統使其正對水池，使用圖像分析軟件對實驗數據進行記錄處理。

- Morris水迷宮，型號：XR-XM101，上海欣軟 -

海馬手術植入電極

海馬CA1區，使用電動顱骨鉆沿著標記坐標開一個0.8mm*0.8mm的矩形窗口，暴露出腦組織，對矩形窗周圍用顱骨鉆打磨清理，用生理鹽水沖洗骨屑。清理干凈后可以觀察到硬腦膜，用針頭將窗口的硬腦膜剝除。在顱骨其他位置分別用顱骨鉆鉆2個小孔，并擰入螺釘，用于固定電極地線。在手術過程中用生理鹽水保持小鼠暴露出的腦組織濕潤。第四步：植入電極。將16通道微電極陣列取出，用75%的醫用酒精對電極絲尖端進行消毒，再用生理鹽水清洗以去掉剩余酒精。使用夾持器對電極進行固定，將電極的地線纏繞至螺釘上。下放電極，使其下端垂直于手術窗口內的大腦皮層，與腦組織表面輕輕接觸。利用微電極推進器推進2.0mm，第一次推進300μm再馬上抬起來200μm，從而恢復腦組織形變，之后以50μm/1分鐘的速度推進至預設深度。第五步：填封。待電極推進至目標深度，窗口內滴入瓊脂，以降低使用牙科水泥填封對小鼠造成損傷。將義齒基托樹脂液與義齒基托樹脂粉混合，混合后得到牙科水泥。待瓊脂凝固后，將牙科水泥將電極絲固定在顱骨上，并對地線、螺釘區域進行涂抹固定。待其完全凝固，用生理鹽水將覆蓋電極的聚乙二醇材料溶解，調節電極位置，繼續使用牙科水泥對電極進行固定。將螺釘、地線以及電極完全固定在顱骨上。待其完全凝固，將小鼠從定位儀取下，并用碘伏對小鼠的術后創口進行消毒。術后單籠飼養小鼠，提供充足的食物和飲水，待小鼠恢復兩天后，進行LFPs信號采集。

腦電信號采集

對小鼠的靜息狀態ECG信號進行測量，系統由前置放大器、數據采集平臺和記錄電腦組成，心電數據采集時設置采樣率為1kHz。該系統可以對清醒狀態下的小鼠心電信號進行采集，通過小鼠兩足同時接觸連接在數據采集平臺上的電極的正負極，形成回路對小鼠心電信號進行采集。通過信號放大器對采集到的小鼠心電信號進行放大，通過系統配套軟件，在電腦上實時觀測，并進行心電記錄，此系統沒有侵入性，并且對小鼠限制較小，消除了目前普遍使用的植入式動物心電采集方法需要對動物進行手術、采集時需要對動物進行固定、注射藥品等操作，減少了對動物心理和生理造成影響。使得獲取的小鼠ECG信號更加接近自然狀態。通過多通道電生理采集系統對自由活動狀態下小鼠海馬CA1區LFPs信號進行采集，海馬16通道原始神經電信號經過連接器通過電纜線輸入前置放大器，放大倍數為5000倍，經過A/D轉化后傳入信號記錄系統，原始信號通過40kHz采樣，以及0.5~500Hz的帶通濾波處理后，得到實驗所需的LFPs信號，儲存時將采樣率設置為1kHz。

- 申請預約試用，小動物無線電生理記錄儀，上海欣軟 -

心電圖采集

采用清醒無創心電圖分析系統和多通道在體電生理采集系統共同對其心腦電進行同步采集。實驗開始前將連接器與小鼠頭部電極相連接，將其至心電采集平臺自由活動15分鐘，使其適應平臺減少應激反應。然后使用清醒無創心電圖分析系統和多通道在體電生理采集系統對心電及腦電信號進行觀察，待信號穩定后對信號進行記錄。記錄結束后以同一時間節點為基準對采集到的數據進行截取保存，以獲得同步采集的小鼠心電及LFPs信號。

數據分析

對采集到的不同月齡不同癡呆程度小鼠的心電信號，可得到不同病癥程度下AD小鼠心電信號的異變特征；

對采集到的不同月齡不同癡呆程度AD組和對照組小鼠海馬CA1區的LFPs信號進行分析，研究ripple高頻振蕩能量和網絡連通性的變化，可得到不同病癥程度下AD小鼠LFPs信號的異變特征；

將同步采集到的模型小鼠的LFPs信號與心電信號進行耦合分析，探究LFPs與ECG之間的信息傳遞特性及其隨癡呆程度變化的異變特征。

Fig1 5月齡小鼠海馬CA1區LFPs時頻分布(癡呆未顯現組和輕度癡呆組)

文獻引用

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