大鼠皮层扩散性抑制时空动态过程的光学成像研究

摘要

皮层扩散性抑制是一种重要的神经生理学现象，联系于偏头痛、脑缺血和癫痫等神经性疾病。目前，尚不清楚其产生、传播以及神经病理学机制。描述皮层扩散性抑制的时空动态特征，将有助于理解其本质。电生理记录、组织分析化学、核磁共振成像等技术往往存在损伤性或是时间、空间分辨率不够高。内源信号光学成像具有数十毫秒的时间分辨和数十微米的空间分辨能力，能连续观测较大范围皮层区域，适合研究皮层扩散性抑制的时空动态发展过程。 本论文采用血容敏感的550 nm波长内源信号光学成像，分别比较了KCl和针刺诱导、大脑正常供血和缺血条件下大鼠皮层扩散性抑制的的时空动态特征。结果表明多次连续皮层扩散性抑制存在时间变异，而脑缺血会造成其空间变异；对传统观念认为皮层扩散性抑制是一个“全或无”过程的认识是一种重要补充和修正。主要研究内容和研究结果如下： 1）联合内源信号光学成像和电生理记录研究皮层扩散性抑制中光电信号的量化关系。邻近于电极的光信号与直流电位信号有强烈的耦合关系：光信号的前两相从时间上同步于直流电位翻转；光信号第三相反映局部脑血容变化，其滞后于直流电位翻转约40 s，其幅值与直流电位幅值存在显著的线性依赖关系（R=0.96）。结果表明皮层扩散性抑制过程中的神经血管耦合关系，为内源信号光学成像检测皮层扩散性抑制提供了依据。 2）采用内源信号光学成像首次对大鼠双侧顶叶皮层同时进行成像，建立自体对照模型；实现对光信号记录的量化评价，本文光学成像记录皮层扩散性抑制的信噪比超过了10。光信号显示大鼠左、右两侧大脑皮层扩散性抑制具有单侧性、对称性和独立性；针刺和KCl诱导产生的单次皮层扩散性抑制的光信号并无明显特征区别；光信号的四种时相变化依次为降低，升高，降低，升高。结果支持皮层扩散性抑制的钾离子容积传导理论。 3）采用内源信号光学成像观测KCl或是针刺诱导产生的一系列皮层扩散性抑制。除了首次皮层扩散性抑制在整个观察皮层总是完整传播外，后续皮层扩散性抑制在靠近大脑中线的皮层区域有时会停止传播。数据显示，不论KCl还是针刺，诱导产生皮层扩散性抑制的时间间隔小于或等于4分钟，就会产生不完全传播现象。首次揭示了时间间隔对时间变异扩散性抑制空间传播模式的影响。 4）在大脑中动脉栓塞制备大鼠局灶性脑缺血模型上，借助内源信号光学成像观察到一系列自发皮层扩散性抑制。自发皮层扩散性抑制光信号表现出三种明显的空间区域差异：光强无明显变化、光强升高、光强降低；对应于缺血皮层的不同异质成分：梗死区域、半暗带和正常脑组织。而且，随着自发皮层扩散性抑制的产生，其源点也在不断迁移，有向中央区域移动的趋势；而其没有传播到的旁侧梗死区域不断扩大，半暗带面积逐渐缩小。内源信号光学成像表明：自发皮层扩散性抑制的时空特征可用于动态监测脑缺血的发展过程。