电刺激大鼠右侧尾壳核诱导皮层脑电高频振荡的特征

韩娟，李永格

大脑皮层是一个节律性生物电活动十分活跃的脑区，可以产生宽频带网络电振荡，其中高频电振荡(high frequency oscillations，HFO)是指频率在 80～500 Hz的脑电活动，包括至少 4 次明显异于背景的振荡。HFO根据频率范围分为 80～250 Hz 的涟波(ripple，R)，以及>250 Hz的快速涟波(fast ripple，FR)[1-3]。近些年来，皮层网络HFO受到高度重视，可能成为揭示人类脑高级功能神经信息机制以及作为评估癫痫发生、治疗方法的疗效以及预后的生物标记物[4]。

虽然有关皮层HFO的研究已经有了一些报道，但是人类对于皮层HFO的认识仍然处于初级阶段，加强对HFO的进一步研究显得尤为重要。我们前期实验研究发现，急性强直性电刺激大鼠右侧尾壳核(caudate putamen,CPu)诱导皮层脑电出现的80～280 Hz ripple，具有明显的对侧易感性特征[5]，但是HFO的特征尚不明了。因此，本研究通过电刺激大鼠右侧CPu诱导皮层HFO，分析HFO的基本特征，有助于对HFO有更深的了解，以期为脑高级功能以及临床上癫痫的研究提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 实验动物

共用雄性SD大鼠56只，体质量150～250 g，由山东鲁抗医药股份有限公司质监中心实验动物室提供，合格证号为scxk(鲁)2008-0002。分组饲养，室温控制在20～25 ℃，空气湿度控制在50%～55%，饮食与饮水均标准化供给。

1.2 方法

1.2.1 外科手术和植入电极

采用10%乌拉坦(1 g/kg)对大鼠进行腹腔注射麻醉后行气管插管术。将动物固定在SN-3立体定向仪(Narishige，Japan)上，沿矢状正中线切开皮肤，打开颅骨，挑开硬脑膜，用4%生理盐水琼脂封闭骨窗。参照《大鼠脑立体定位图谱》[6]对电极尖端位置定位：一根不锈钢双极同芯刺激电极(尖端直径0.1 mm，间距0.1 mm，阻抗0.2～0.3 MΩ)植于右侧Cpu，P：3.0 mm，R：3.0 mm，H：4.3 mm；皮层颅骨表面脑电记录用不锈钢螺丝钉电极，P：6.0～6.5 mm，R or L：4.0～4.5 mm和参比用小脑颅骨螺丝钉电极，前囟后7.0～7.5 mm处正中。腹腔滴注肌松剂氯化琥珀胆碱(9 mL/kg.h，i.p)制动，用小动物呼吸机进行人工呼吸，动物体温始终维持在37 ℃左右。

1.2.2 刺激与记录

采用SEN-7203型刺激器(Nihon Kohden，Japan)经SS102J型刺激隔离器(Nihon Kohden，Japan)进行重复施加电刺激(60 Hz，2 s，0.4～0.6 mA)。为了避免脑组织在产生癫痫样电活动时对新加刺激的不应期，将刺激的间隔时间设为10 min。皮层脑电图电位经生物信号采集与处理系统Digidatal 1322A(Axon instruments，USA)和plclamp 9.0(Axon instruments，USA)进行采集、处理和分析，最高采样频率为500 kHz。电刺激点燃癫痫模型成功标准参考文献[7]，本实验所有大鼠均被完全点燃，且在皮层脑电图中观察到特征性癫痫波，形成尾壳核-皮层癫痫网络。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 电刺激诱导皮层HFO的特点

在56只SD大鼠上共施加335个电刺激串，记录到新皮层脑电HFO共115串，HFO的频率带宽大约在80～450 Hz范围内。76%(87/115串)为单组分HFO，24%(28/115串)的HFO是双组分的，且两者比较有明显差异(P<0.05)。

2.2 单组分皮层HFO的生物电学特征

电刺激诱导的皮层单组分HFO占总数的76%(87/115串)。功率谱显示其频率范围在80～450 Hz内。肉眼观察单组分HFO的外形似纺锤体，随着时间的推移具有振幅逐渐增大和逐渐减小的趋势，具体分析发现对侧皮层HFO的潜伏期明显短于同侧，但持续时间以及能量密度明显高于同侧(图1)，两者比较差异有统计学意义(P<0.05)。结果详见表1。由此可见，重复施加电刺激诱导的皮层单组分HFO具有明显的对侧易感性特征。

图1 ATRC诱导双侧皮层80～450 Hz单组分HFO

表1 电刺激诱导双侧皮层80～450 Hz单组分HFO的基本特征

2.3 双组分皮层HFO的生物电学特征

重复施加电刺激后，诱导出现皮层双组分HFO为24%(28/115串)。双组分HFO的生物电模式与电振荡频率范围与单组分HFO接近，大约在80～450 Hz之间，且对侧双组分HFO的第一组分与第二组分的潜伏期明显短于同侧，但持续时间以及能量密度明显高于同侧(图2)，差异有统计学意义(P<0.05)。结果详见表2、3。由此可见，重复施加电刺激诱导的皮层双组分高频HFO也具有明显的对侧易感性特征。

图2 电刺激诱导双侧皮层80～450 Hz双组分HFO

表2 电刺激诱导双侧皮层80～450 Hz HFO第一组分的基本特征

表3 电刺激诱导双侧皮层80～450 Hz HFO第二组分的基本特征

3 讨论

癫痫是一种由神经元放电兴奋和抑制失去平衡所导致的神经系统疾病。据统计学数据显示，全球癫痫患者的数量接近7 000万，其中我国癫痫患者数量更以每年40万的速度增长[8]。颞叶癫痫属于最常见的成人部分发作性癫痫，其典型的病理改变是海马(hippocampus，HPC)结构的硬化和萎缩，累积HPC和海马旁结构等边缘网络，包括皮层或皮层下结构的改变[9]。有研究证实皮层和基底核不仅在学习和记忆中产生作用[10-11]，而且与癫痫的发生密切相关[12-15]。

CPu是基底神经节的重要组成部分之一，主要参与锥体外系功能的形成。CPu参与癫痫网络的形成是比较多见的，例如当给予CPu高频或低频两种刺激的时候，发现低频(4～6 Hz)电刺激腹侧尾状核可以减少患者新皮质和中部颞叶癫痫灶的异常电活动，阻断癫痫放电的扩布，而使用高频电刺激时可以易化癫痫样电活动[16]；强直性电刺激CPu可以构建CPu-HPC癫痫网络[17-18]。本实验研究发现，强直性电刺激右侧CPu诱导皮层HFO产生，说明重复电刺激CPu可以诱导CPu-皮层癫痫电网络的建立。虽然新皮层脑电HFO的生物学意义仍然处于探讨之中，但是在癫痫患者或动物模型上观察到的涟波(ripple)提示其本身也可能是一种癫痫的电活动形式，或者说是一种癫痫发作样的电活动[19-20]。

两侧大脑半球的皮层存在相互功能联系，如临床上难治性颞叶癫痫患者出现两侧内嗅皮质体积减少[21]；在HPC点燃动物癫痫模型中发现，激活一侧HPC可以诱导双侧HPC发作间期的尖波发放[22]；慢性强直性电刺激一侧HPC可以诱发全身原发性和继发性湿狗样抖动，伴有双侧脑区非对称性核磁共振检测异常[23]。这些都说明癫痫电网络的跨半球特征。

本次研究表明，强直性电刺激右侧CPu诱导的新皮层脑电HFO往往具有对侧易感性特征，双侧新皮层HFO的对称性出现可以看作是一种镜像反应。这些现象证实强直性电刺激右侧CPu诱导的癫痫电网络是可以跨越大脑半球的，提示临床上的一侧颞叶癫痫灶常可以累积双侧HPC、皮层或其它脑结构的神经网络机制。