丙泊酚麻醉抑制工作记忆LFPs网络和神经元群体电活动的研究

摘要

研究目的:
　　丙泊酚是临床常用静脉麻醉药，丙泊酚麻醉对大脑认知功能的影响是麻醉临床关注的热点。工作记忆是一类重要的认知功能，前额叶皮层是工作记忆的关键脑区之一。本论文基于在体植入式微电极记录的两类不同模态神经信号:局部场电位(Local field potential，LFP)和动作电位(Action potential，AP)，分析LFPs功能连接网络特性和和神经元群体的电活动，研究丙泊酚麻醉对工作记忆的抑制机制，为临床丙泊酚麻醉提供理论支持。
　　研究方法:
　　1.实验动物为8-10周龄雄性SD大鼠14只，体重300-350g;
　　2.大鼠进行Y迷宫工作记忆任务训练，直到连续三天平均正确率达到85％;
　　3.丙泊酚麻醉大鼠模型的制备:大鼠随机分为两组，丙泊酚组(n=7，麻醉剂量为0.9mg/kg·min尾静脉注射丙泊酚2h)和对照组(n=7);
　　4.在大鼠前额叶皮层植入16通道微电极阵列，应用在体植入式微电极阵列记录技术，记录大鼠在Y迷宫工作记忆过程中前额叶皮层多通道神经信号，从中获取两种不同模态神经信号:多通道LFPs和神经元集群的动作电位时空序列;
　　5.LFPs的时频分析，获取工作记忆的特征频段;
　　6.研究丙泊酚麻醉对工作记忆LFPs的θ频段、γ频段功能连接网络特性的抑制作用;
　　7.计算工作记忆参考点前2s的神经元群体平均发放频率，将高于平均频率的神经元募集为编码工作记忆事件的神经元集群。研究丙泊酚麻醉对工作记忆神经元群体集群电活动和群体中每个神经元电活动的抑制作用。
　　研究结果:
　　1.剂量为0.9mg/kg· min，2h的丙泊酚麻醉后24、48、72h对大鼠Y迷宫工作记忆行为学影响的结果:与对照组比较，麻醉后24h丙泊酚组57％±5％，对照组90％±3％(p＜0.01);麻醉后48h丙泊酚组75％±4％，对照组91％±2％(p＜0.05);麻醉后72h:丙泊酚组88％±3％，对照组90％±3％(p＞0.05)。
　　2.丙泊酚麻醉后24、48、72h对大鼠工作记忆LFPs特征分量的影响
　　大鼠在工作记忆任务过程中，LFPs能量曲线的峰值发生在工作记忆参考点前2s时间段内，峰值前后各0.5s时段内工作记忆LFPs的θ和γ频段的能量明显高于其它时间段(p＜0.05)。丙泊酚组与对照组结果相比，麻醉后24h:丙泊酚组LFPs的θ频段能量峰值下降(p＜0.05)，γ频段能量峰值显著下降(p＜0.01);麻醉后48h:丙泊酚组LFPs的θ频段能量下降(p＜0.05)，γ频段能量下降(p＜0.05);麻醉后72h两组大鼠LFPs的θ频段和γ频段能量峰值无差异(p＞0.05)。
　　3.丙泊酚麻醉后24、48、72h对工作记忆LFPs功能连接的影响
　　麻醉后24h，LFPs的θ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0082±0.0021，对照组为0.0162±0.0012(p＜0.01);LFPs的γ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0032±0.0011，对照组为0.0122±0.0013(p＜0.01)。麻醉后48h，LFPs的θ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0140±0.0023，对照组为0.0165±0.0019(p＞0.05);LFPs的γ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0065±0.0013，对照组为0.0119±0.0028(p＜0.01)。麻醉后72h，LFPs的θ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0157±0.0029，对照组为0.0165±0.0014(p＞0.05); LFPs的γ频段分量DTF值:丙泊酚组为0.0117±0.0024，对照组为0.0121±0.0015(p＞0.05)。
　　4.丙泊酚麻醉后24、48、72h对工作记忆LFPs网络特性的影响
　　(1)丙泊酚麻醉对工作记忆LFPs网络连接密度D的影响:
　　麻醉后24h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.22±0.03，对照组为0.42±0.07(p＜0.01);LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.12±0.03，对照组为0.63±0.05(p＜0.01)。麻醉后48h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.30±0.04，对照组为0.48±0.06(p＜0.05); LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.48±0.04，对照组为0.62±0.03(p＜0.05)。麻醉后72h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.41±0.02，对照组为0.47±0.05(p＞0.05);LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.61±0.05，对照组为0.63±0.04(p＞0.05)。
　　(2)丙泊酚麻醉对工作记忆LFPs网络信息传递效率率Elobal的影响:
　　麻醉后24h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.57±0.02，对照组为0.62±0.04(p＞0.05);LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.24±0.02，对照组为0.72±0.06(p＜0.01)。麻醉后48h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.58±0.04，对照组为0.67±0.02(p＞0.05); LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.49±0.07，对照组为0.73±0.02(P＜0.05)。麻醉后72h，LFPs的θ频段分量:丙泊酚组为0.62±0.02，对照组为0.66±0.02(p＞0.05);LFPs的γ频段分量:丙泊酚组为0.69±0.04，对照组为0.73±0.04(p＞0.05)。
　　5.丙泊酚麻醉后24、48、72h对工作记忆大鼠神经元群体电活动的影响
　　(1)丙泊酚麻醉对工作记忆神经元集群频率编码的影响:
　　与对照组结果相比，麻醉后24、48h丙泊酚组编码工作记忆事件的神经元集群个数显著下降(p1＜0.01，p2＜0.05);麻醉后72h两组无差异(p＞0.05)。
　　(2)丙泊酚麻醉对工作记忆神经元群体中每个神经元电活动的影响:
　　与对照组结果相比，编码工作记忆事件的神经元集群中神经元电活动占神经元群体比例在麻醉后24h:丙泊酚组为24.3％±4.7％，对照组为80.6％±13.5％(p＜0.01);麻醉后48h:丙泊酚组为48.6％±11.2％，对照组为81.2％±11.4％(p＜0.05);麻醉后72h:丙泊酚组为78.3％±10.2％，对照组为82.6％±15.1％(p＞0.05)。
　　研究结论:
　　1.剂量为0.9mg/kg·min，2h的丙泊酚麻醉，在48h内对大鼠工作记忆任务的执行存在明显抑制作用，72h后无抑制作用;
　　2.大鼠LFPs的θ(4-12 HZ)和γ频段(30-60HZ)分量在编码工作记忆过程起关键作用。剂量为0.9mg/kg·min，2h的丙泊酚麻醉，在48h内对LFPs的γ频段特征分量抑制作用显著，72h后无抑制作用;
　　3.LFPs的γ频段分量功能连接在丙泊酚麻醉后48h内被显著抑制，72h后无抑制作用;而θ频段分量的功能连接仅在丙泊酚麻醉后24小时内被抑制;
　　4.丙泊酚麻醉后48h内显著抑制LFPs的θ和γ频段网络连接密度，72h后无抑制作用;
　　5.丙泊酚麻醉后48h内显著抑制LFPs的γ频段分量的网络信息传递效率，72h后无抑制作用，剂量为0.9mg/kg·min，2h的丙泊酚麻醉对0频段的网络信息传递效率无抑制作用;
　　6.丙泊酚麻醉后48h内明显抑制神经元集群电活动与群体中每个神经元的电活动，72h后无抑制作用。

目录

声明

摘要

缩略语／符号说明

一、前言

1．1 研究背景

1．2 研究目的

1．3 研究内容

1．4 论文的结构

1．5 论文的创新点

二、原理与方法

2．1 动物实验

2．1．1 实验动物

2．1．2 仪器设备、实验药品

2．2 大鼠Y迷宫工作记忆行为学实验

2．3 丙泊酚注射大鼠模型的制备

2．4 前额叶皮层植入微电级阵列与记录多通道数据

2．4．1 多通道微电极阵列植入大鼠前额叶皮层

2．4．2 应用植入式多通道微电极技术记录神经信号

2．4．3 工作记忆多通道数据的预处理

2．5 多通道LFPs的时频分析

2．6 工作记忆LFPs的θ分量、γ分量的功能连接与网络特性

2．6．1 工作记忆LFPs的多变量频域Granger因果分析

2．6．2 工作记忆LFPs网络特性的描述与网络参数

2．7 工作记忆神经元群体电活动特性的分析

2．7．1 工作记忆神经元集群的频率编码

2．7．2 工作记忆神经元群体中每个神经元电活动

三、结果

3．1 丙泊酚组与对照组工作记忆行为学测试结果

3．2 丙泊酚组与对照组工作记忆LFPs时频分析结果

3．3 丙泊酚组与对照组工作记忆LFPs功能连接的结果

3．4 丙泊酚组与对照组工作记忆LFPs网络特性的结果

3．4．1 丙泊酚组与对照组工作记忆LFPs网络连接密度的结果

3．4．2 丙泊酚组与对照组工作记忆LFPs网络信息传递效率的结果

3．5 丙泊酚组与对照组的神经元群体电活动特性的结果

3．5．1 丙泊酚组与对照组神经元集群频率编码的结果

3．5．2 丙泊酚组与对照组神经元群体中每个神经元电活动的结果

四、结论与讨论

4．1 结论

4．2 多变量频域Granger因果分析方法的有效性

4．3 丙泊酚注射大鼠模型制备过程的生理参数

4．4 丙泊酚麻醉对神经元群体动作电位平均发放率的影响

4．5 丙泊酚麻醉对大脑亚皮层结构的影响

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

综述 丙泊酚麻醉影响记忆的机制与研究进展

致谢