神经性厌食症大鼠伏隔核神经元局部场电位分析

王景　王学廉　葛顺楠　汪鑫　张晟豪　李洋　高国栋

·论 著·

神经性厌食症大鼠伏隔核神经元局部场电位分析

王景*王学廉*葛顺楠*汪鑫*张晟豪*李洋*高国栋*

目的观察神经性厌食症大鼠模型伏隔核神经元的电活动并分析其局部场电位。方法实验动物分为运动诱发的厌食症（activity-based anorexia，ABA）大鼠模型组及对照组（各12只）。ABA模型的建立基础是模型大鼠不受限制的滚轮运动以及限制饮食（1h/d），通过这种限制饮食及过度活动，造成明显的体重下降，从而模拟AN的行为学特征。通过微阵列电极记录大鼠在神经性厌食症病理及正常生理状态下伏隔核神经元的局部场电位。结果电生理记录显示模型组大鼠NAc神经元平均放电频率为（6.89±2.67）Hz，对照组为（3.22±1.23）Hz。模型组大鼠伏隔核神经元放电的峰峰间期散点图在200ms以下有密集分布。模型组伏隔核神经元放电峰峰间期直方图呈逐渐衰减的正偏态分布，对照组伏隔核神经元放电峰峰间期直方图呈对称分布；回归映射分析结果显示病理状态下数据明显较生理状态下集中。功率谱密度分析显示模型组在10～20Hz范围内出现了能量高值成分。结论 神经性厌食症模型大鼠伏隔核神经元较生理状态下放电频率明显增加，峰峰间期序列发生明显变化，局部场电位模式发生变化。

神经性厌食症 伏隔核 局部场电位

神经性厌食症（anorexia nervosa，AN）是一种有意节制饮食，导致体质量明显低于正常标准的进食障碍，由于其难治性及高致死率，使之成为功能神经外科及精神科最难治疗的精神疾患之一[1-3]。伏隔核（accunbens nucleus,NAc）是目前治疗AN的重要手术靶点之一，神经外科通过干预NAc，能够缓解甚至治愈该病[4]。局部场电位（local field poten⁃tial,LFP）是电极尖端附近局部区域的兴奋性和抑制性突触后电位的总和，反映了来自神经元网络局部的兴奋，突出表现慢电位的变化特征[5]。然而目前对于AN病理状态下NAc电活动研究较少，本实验通过利用多通道微阵列电极，记录AN大鼠模型NAc神经元在病理状态下，以及对照组大鼠在正常生理状态下的自发性放电和局部场电位，分析NAc局部神经元集群电活动的特征，以期对AN模型大鼠NAc的异常电活动有更深入的了解，而有助于揭示AN的神经电生理机制。

1　材料和方法

1.1研究对象选用幼龄（40日龄）雌性Spraque-Donw（SD）大鼠15只(第四军医大学实验动物中心提供)，体质量（120±15）g，安静环境饲养，自由取食饮水，人工昼夜节律(12 h／12 h)。将小鼠单独地放在装备有转轮(直径35 cm)的笼子里。用磁体检测轮子的旋转次数并用Vital View数据采集软件V4.0(美国Mini Mitter公司)记录。使光照和声音干扰降低至最小。模型大鼠可不受限制的进入滚轮运动，并严格限制喂食（1h/d），饮水不受限。每日测量大鼠体质量，当体质量低于正常喂养大鼠体质量的25%时，造模成功。其中共12只大鼠造模成功。另随机选择12只正常喂养大鼠作为对照组大鼠。

1.2电极植入

1.2.1NAc定位 根据大鼠立体定位Paxinos图谱，设定NAc坐标为：核心部，前囟前1.2 mm、中线旁开3.0 mm、深7.0 mm；外壳部，前囟前1.0 mm、中线旁开1.5 mm、深7.3 mm。根据大鼠幼龄性质及前期试验调整电极植入位置。

1.2.2麻醉及手术准备 采用1%戊巴比妥钠（30mg/kg）腹腔注射麻醉，大鼠预先腹腔注射氨苄青霉素3万单位。施以麻醉，消毒并进行头部备皮，将大鼠头部固定于立体定位仪，沿大鼠头部中线剪一长2 cm切口，去除骨膜，剪掉切口旁多余皮缘，暴露前囱和后囱。

1.2.3植入电极 在颅骨上标记植入位点。以标记点为中心用牙科钻打磨出2 mm×2 mm的矩形骨瓣，摘除骨瓣后用1 mL注射器针头挑去硬脑膜暴露大脑表面，在头骨其他位置选取四个点（尽量分布均匀）以备固定颅钉之用，用牙科钻（选取1.1 mm直径的钻头）穿透后将颅钉垂直拧入洞口，深度以刚达到大脑表面为准。将电极的两根地线分别绕在两个颅钉上，通过立体定位仪将电极的中心调整至伏隔核的坐标位置，缓慢植入电极，根据坐标数字显示器控制植入深度与速度，大约控制在平均10 μm/s的植入速度为宜，一边深入电极尖端，一边用生理盐水溶解包绕在电极丝周围的聚四氟乙烯（起到电极丝固定的作用），但不能溶解的过快，以包绕物底部距离大脑表面1mm为宜。电极选取16导微阵列电极（Neuronexus，USA）。将大鼠放入单笼饲养，保温至其苏醒并给予腹腔注射青霉素（10万U／kg，2次／d）3 d，抗感染。

1.3电生理记录

1.3.1饲养笼箱的屏蔽处理将饲养笼箱底壁用导电布（抗腐蚀效果好）粘附完全，将内侧壁和顶壁用导电布或铜箔等电导效果好的材料做相同粘附处理，必须使饲养笼箱内部6个面的电导材料连通成一体，且需将电生理采集设备与饲养笼箱底壁导电布用导线相接（使笼内物体与电生理采集设备共电势）。将饲养笼箱的外部也做相同处理，使各面相连通，但内部与外部要保持绝缘。

1.3.2大鼠的电生理数据采集将休养好的大鼠的头部进行电极的连接固定，大鼠头部电极的信号传输是通过电滑环与电生理采集器相连，这样可以就解决了大鼠在正常清醒状态下记录数据时因大鼠活动而发生绕线的情况，设定采样率为30k/s，带通滤波250～7500Hz，以记录Spike信号数据；设定电生理记录仪的采样率为1k/s，幅值范围：±500μV，低通滤波250Hz，扫描频率500Hz，以记录LFP信号数据，分析其功率谱密度（power spectral density，PSD）。电生理采集设备为为smartbox（Neuronexus，USA）。

1.3.3电极植入部位的确定 实验结束后，将所有对照组及ABA模型组大鼠麻醉，给予NAc直流电毁损（0.5mA，10s）标记记录位点。灌流、取脑，对脑组织行冰冻切片，排除记录部位不正确者。

1.3.4数据统计处理 数据均通过SPSS16.0处理，行t检验，检验水准α=0.05。

2　结果

2.1NAc神经元放电频率 在清醒状态下，分别对12只模型组及12只对照组大鼠NAc神经元的自发放电进行在体记录，经筛选共记录模型组大鼠NAc神经元98个，对照组大鼠NAc神经元86个。结果显示模型组大鼠NAc神经元平均放电频率为(6.89±2.67)Hz，对照组大鼠NAc神经元平均放电频率为(3.22±1.23)Hz（t=1.984，P＜0.01）。实验中记录到NAc神经元电活动波形图，见图1。

2.2NAc神经元放电ISI序列散点图及ISI直方图（ISIH）的比较 提取ISI得到其空间分布特征：对照组GP神经元放电频率无序的散在分布于平面上；模型组虽然在平面中仍有散在的分布点，但在200ms以下有密集分布（图2）。对照组NAc神经元放电ISIH呈对称分布，模型组NAc神经元放电ISIH呈逐渐衰减的正偏态分布（图3）。

图1　NAc神经元电活动波形图。Waveform Value(mV)：波幅（mV），Time(ms)：时间（ms）

图2　模型组及对照组大鼠NAc神经元放电峰峰间期（ISI）空间分布特征。Inter Spike Interval(s)：峰峰间期（s），Time(s)：时间（s）

2.3NAc神经元放电回归映射的比较 生理、病理状态下大鼠NAc神经元放电ISI的回归映射分析结果显示病理状态下数据明显较生理状态下集中，说明病理状态下神经元放电周期性强，混沌度减低。而生理状态下则呈现不规则放电（图4）。2.4 NAc神经元PSD分析比较 对照组属于正常的PSD平滑过渡曲线，模型组在10～20 Hz范围内出现了能量高值成分（图5）。

3　讨论

图3　模型组及对照组大鼠NAc神经元放电峰峰间期直方图（ISIH）分布特征。Interspike Interval Histogram(ISIH)，Counts/bin：计数/个，ISI(s)：峰峰间期（s）

图4　模型组及对照组大鼠NAc神经元放电回归映射。n ISI(s)：ISI(s)：峰峰间期（s），n+1 ISI(s)：ISI(s)：峰峰间期+1（s）

图5　模型组及对照组大鼠NAc神经元PSD。Power Spectral Densi⁃ty（PSD）：功率谱密度，Frequency(Hz)：频率（Hz）

在中枢神经系统五羟色氨(5-hydroxytrypta⁃mine,5-HT)在进食和体重调节方面起最主要的作用［6］，而伏隔核（accunbens nucleus,NAc）正是5-HT传入纤维终末端之一，同时也是边缘系统的重要组成部分［7-10］。因此，通过干预NAc治疗AN是目前在临床工作中的重要手段之一，尤其是脑深部电刺激（deep brain stimulation,DBS）的应用取得相当的疗效［4,11-12］。然而，目前的DBS治疗，仅能通过调节颅内电极放电的电压、频率和脉宽，作为持续电刺激治疗的手段，而这种频率编码的局限性已经在治疗中表现的愈加明显。因此，作为神经信息编码基础的时间编码是解决这一问题的最佳手段，而获取神经元放电模式编码的规律是所有工作的基础。

电生理记录结果表明，AN模型组大鼠NAc神经元较生理状态下细胞平均放电频率增加，显示在AN病理状态下，NAc内神经元活动增多、增强，表明在AN病理过程中NAc神经元扮演了极其重要的角色。因此，NAc神经元放电模式的改变可能是导致AN患者行为学改变的直接原因。

ISI反映了神经元发放动作电位在时间上的排列，其形式多样，蕴含着更丰富的信息。通过电生理记录提取ISI得到其空间分布特征显示：对照组NAc神经元放电频率无序的散在分布于平面上；模型组虽然在平面中仍有散在的分布点，但分布趋于集中，在200 ms以下有密集分布。ISI空间分布特征显示模型组神经元放电频率较对照组相对集中且放电数量也较多。这表明在AN病理状态下NAc神经元放电的ISI序列趋于一致和同步化。

LFP是电极尖端附近的神经元兴奋性和抑制性电活动的总和，相对于单个神经元放电，LFP能够更好的反应某一区域神经元放电的协同变化，它包含更多的信息，与动物的运动状态联系更为密切[13]。本实验结果显示对照组属于正常的PSD平滑过渡曲线，模型组在10～20 Hz范围内出现了能量高值成分，表明AN模型NAc的LFP显示出明显放电模式的变化，这也为后期继续研究提供了基础。

我们希望通过对于AN病理状态下NAc电生理活动的分析，得到其特异性的变化特征，从而获取其可能的病理生理学特征，为今后AN的治疗，尤其是DBS，提供更加有利的证据及指导。

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（责任编辑：甘章平）

Analysis of the electric activity and interspike interval in the nucleus accumbens in a rat model of anorexia nervosa.

WANG Jing,WANG Xuelian,GE Shunnan,WANG Xin,ZHANG Chenghao,LI Yang,GAO Guodong.Department of Neurosurgery,TangDu Hospital,Forth Military Medial University,Xi’an 710038,China.Tel：029-84777903.

Objective To explore the firing and local field potential(LFP)in the nucleus accumbens(NAc)in a rat model of anorexia nervosa(AN).Methods Electrophysiological LEP of the NAc neuron were performed in model and control rats using multi-channel microprobe.Result Electrophysiological data showed that the frequency of firing was 6.89±2.67Hz and 3.22±1.23Hz in model and control animals,respectively.There was a close-set less than 200 ms in the scatter diagram of ISI and the interspike interval histogram(ISIH)showed positive skewed distribution with decreasing skew in model animals whereas the ISIH of control rats showed skewed distribution.The recurrent mapping of ISI showed that the distribution of data was centralized and the power spectral density(PSD)showed high energy at 10-20Hz in mod⁃el animals.Conclusion The present study demonstrates the increase in frequency of NAc neuron firing and remarkable changes in the sequence of ISI and LFP in AN rats.

Anorexia nervosa Nucleus accumbens LFP

R742.5

A

10.3969/j.issn.1002-0152.2016.09.003

*第四军医大学唐都医院神经外科（西安710038）

（E-mail：gguodong@fmmu.edu.cn）

2015-12-28）