阵列式皮层电刺激对局灶性皮层梗死后神经重建的影响

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第一部分目的:应用柔性电极阵列半植入大鼠的大脑硬膜外,建立皮层电刺激通路并进行运动皮层绘图,初步评估其安全性和可靠性。方法:利用成年雄性SPF级SD大鼠8只,建立硬膜外植入电极阵列的动物模型及皮层电刺激通路。植入术后第2,5,8,11,14天大脑的电极阵列覆盖区的运动皮层绘图并纵向比较不同时间点测量值的统计学差别,同时第14天后取脑组织进行HE染色,评估其安全性及可靠性。结果:8只参与实验大鼠均能进行皮层电刺激程序并顺利完成运动皮层绘图测定,在植入术后的第2,5,8,11,14天,大鼠前肢的运动皮层映射面积分别为11.88±1.25mm2,12.25±0.89mm2,11.13±1.64mm2,12.13±0.99mm2和11.25±1.16mm2,平均刺激阈值分别为 1103.88 ± 129.37μA,1126.31 ±95.43μA,1062.71±99.11μA,1151.58±76.55μA 和 1121.91±32.31μA。对不同时间点的测定结果利用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行纵向比较显示无统计学差异(F=1.415,P=0.249;F=0.874,P=0.490),同时第14天后的HE染色未见明显组织损伤。结论:植入式柔性电极阵列能够完成皮层电刺激通路的构建,同时能够应用于大鼠大脑运动皮层绘图研究,具有良好的安全性和可靠性。第二部分目的:应用植入式电极阵列进行皮层电刺激治疗,研究阵列式皮层电刺激对局灶性皮层脑梗死后神经重建过程中前肢运动皮层电生理和组织病理改变的影响。方法:利用成年雄性SPF级SD大鼠20只进行单肢抓取实验训练2月,选取符合实验要求(单肢抓取正确率>70%)的大鼠16只,随机分为无刺激对照组(NS)和刺激实验组(CS),每组8只。所有大鼠均进行电极阵列的植入和优势侧局灶性皮层梗死模型的制作。刺激实验组大鼠(CS)在术后每天给予50 Hz,30%MT(Motor Thresholds)的电刺激治疗1小时,持续14天。两组大鼠在术后第2,5,8,11,14天均进行单肢抓取实验的行为学评价及优势侧前肢运动皮层区绘图,14天后取脑组织进行免疫组织化学检查,分析两组大鼠电极阵列覆盖下的梗死周边皮层区抗神经元核抗体(neuronalnucleiantigen,NeuN),神经胶质纤维酸性蛋白(glialfibrillaryacidicprotein,GFAP),生长相关蛋白(Growth associated protein-43,GAP43),微管相关蛋白-2(microtubule associated protein-2,MAP-2)和层粘连蛋白(laminin)表达的差别。结果:行为学评价对比显示两组大鼠的单肢抓取准确率存在有明显的统计学差异(F=5.204,P=0.002)。在术后的第8,11,14日,CS组大鼠的抓取成功率明显显着高于 NS 组(t=2.969,P=0.01;t=2.427,P=0.029;t=4.919,p<0.001)。优势侧前肢运动皮层区绘图结果显示两组大鼠的MT比较有统计学差异(F=32.861,P<0.001),CS组大鼠经过14天的电刺激治疗后,MT从1125.63±64.23μA降至961.85±56.27μA,明显低于NS组。免疫组织学分析显示CS组大鼠电极阵列覆盖下的梗死周边皮层区的MAP-2和laminin的表达高于NS组(P<0.05),同时GFAP的表达低于NS组(P<0.05),而两组的NeuN和GAP43表达无统计学差异(P>0.05)。结论:本研究结果表明硬膜外植入柔性电极阵列,进行阵列式皮层电刺激治疗能够明显促进局灶性皮层梗死前肢运动功能的恢复,其机制可能与梗死周边区皮层的电生理功能的重组、神经树突的增生和血管的新生相关。
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