工作記憶障礙Gamma振蕩缺失的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制.pdf

1、阿爾茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）也稱老年性癡呆，是一種進(jìn)行性的神經(jīng)退行性疾病，會導(dǎo)致患者認(rèn)知功能障礙和行為能力下降，不僅嚴(yán)重威脅了患者的健康，還給患者的家庭以致社會帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。隨著老年化社會的到來，國內(nèi)外老年性癡呆的發(fā)病率逐年增加。目前我國已進(jìn)入了老齡化社會，擁有世界上最大的老年人群，因此研究AD的發(fā)病機(jī)制，具有重要的科學(xué)價值、臨床應(yīng)用意義和重大的社會效益。
　　AD的主要臨床表現(xiàn)為工作記憶障礙（

2、working memory dysfunction， WMD）。工作記憶（working memory，WM）是一種重要的、在人們生活工作中處處存在的記憶形式。工作記憶指認(rèn)知任務(wù)中用于暫時存儲和加工信息的容量有限系統(tǒng)，是計(jì)劃和組織行為、語言、思維和決策等高級認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。研究AD的工作記憶障礙機(jī)制是研究AD發(fā)病機(jī)制的重要方面。
　　Gamma振蕩是大腦認(rèn)知的基本神經(jīng)電活動，在工作記憶的信息處理中起了重要作用，研究AD工作記憶障

3、礙的gamma振蕩缺失機(jī)制是AD發(fā)病機(jī)制研究的熱點(diǎn)之一。近年來，人們發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化腦（networked brain）的概念，從結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)層次，研究大腦認(rèn)知和認(rèn)知障礙機(jī)制，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病機(jī)制的研究開創(chuàng)了新思路。據(jù)此，本論文提出如下科學(xué)問題：工作記憶障礙gamma振蕩發(fā)生了什么模式的缺失？gamma振蕩缺失的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制是什么？
　　圍繞以上科學(xué)問題，本論文應(yīng)用 Aβ1-42注射海馬技術(shù)制備工作記憶障礙大鼠，應(yīng)用清醒動物在體植入式微電

4、極陣列記錄技術(shù)，獲取工作記憶障礙和正常對照組大鼠在Y迷宮工作記憶過程中前額葉皮層多通道局部場電位（local field potentials， LFPs），研究工作記憶障礙 LFPs的 gamma振蕩特征模式，從LFPs-gamma網(wǎng)絡(luò)角度研究工作記憶障礙gamma振蕩缺失的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。
　　本論文的主要研究工作如下：
　　1.制備Aβ1-42注射海馬大鼠模型，驗(yàn)證模型的工作記憶障礙
　　2.5月齡雄性Sprague

5、–Dawley（SD）大鼠隨機(jī)分為正常對照組和工作記憶障礙模型組。對模型組大鼠雙側(cè)海馬各注射5μl孵育36h的Aβ1-42。在注射Aβ1-42以后14天，通過大鼠在Y迷宮中的工作記憶行為學(xué)檢測，篩選工作記憶障礙大鼠。應(yīng)用免疫組化染色方法檢測工作記憶障礙大鼠在海馬的Aβ沉積：海馬有明顯的Aβ1-42免疫組化陽性反應(yīng)。
　　2.工作記憶障礙與正常對照組大鼠的行為學(xué)模式
　　記錄分析兩組大鼠在Y迷宮中的工作記憶行為學(xué)結(jié)果：正確率和

6、完成時間，研究工作記憶障礙大鼠的行為學(xué)特征模式。
　　3.獲取兩組大鼠在工作記憶過程中前額葉皮層的16通道LFPs
　　應(yīng)用清醒動物在體植入式微電極陣列記錄技術(shù)，記錄兩組大鼠在 Y迷宮工作記憶過程中前額葉皮層16通道神經(jīng)電活動信號；應(yīng)用截止頻率500Hz的低通濾波獲得16通道LFPs，進(jìn)行信號預(yù)處理。我們獲取了8只正常大鼠120次實(shí)驗(yàn)LFPs數(shù)據(jù)，以及8只工作記憶障礙大鼠120次實(shí)驗(yàn)LFPs數(shù)據(jù)。
　　4.工作記憶障礙

7、大鼠的Gamma振蕩缺失模式
　?。?）工作記憶障礙大鼠Gamma振蕩缺失的發(fā)生時間和頻率范圍
　　應(yīng)用短時傅里葉變換計(jì)算兩組大鼠LFPs在工作記憶過程中的時頻分布，發(fā)現(xiàn)正常對照組大鼠工作記憶過程中LFPs的gamma頻段（30-60 Hz）能量密度從起始點(diǎn)增加，在行為學(xué)參考點(diǎn)前達(dá)到峰值，然后下降，提示工作記憶發(fā)生了gamma振蕩；工作記憶障礙組大鼠LFPs的gamma頻段能量密度在工作記憶過程中沒有顯著變化，提示沒有發(fā)生g

8、amma振蕩。
　?。?）工作記憶障礙大鼠多通道LFPs同步性缺失
　　應(yīng)用時變頻譜相干方法計(jì)算兩組大鼠LFPs頻譜相干的時空分布，發(fā)現(xiàn)正常對照組大鼠在工作記憶過程中LFPs在gamma頻段的頻譜相干值從起始點(diǎn)增加，在行為學(xué)參考點(diǎn)前達(dá)到峰值，然后下降，提示工作記憶發(fā)生了gamma振蕩；工作記憶障礙組大鼠在工作記憶過程中 LFPs在 gamma頻段的頻譜相干值沒有顯著變化，同步性缺失，提示沒有發(fā)生gamma振蕩。
　　5

9、.工作記憶障礙大鼠Gamma振蕩缺失的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制
　　應(yīng)用Granger因果分析方法，分別計(jì)算兩組大鼠LFPs-gamma定向傳遞函數(shù)（Direct transform function，DTF），構(gòu)建LFPs-gamma因果網(wǎng)絡(luò)。
　　（1）工作記憶障礙的Gamma網(wǎng)絡(luò)缺損模式
　　本論文應(yīng)用DTFij描述因果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)j到i的連接強(qiáng)度，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)DTFij的平均DTF描述因果網(wǎng)絡(luò)整體的連接強(qiáng)度。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：<

10、br>　　正常對照組大鼠在Y迷宮工作記憶過程中，從起點(diǎn)開始，LFPs-gamma網(wǎng)絡(luò)的DTF值逐漸增加，在行為學(xué)參考點(diǎn)前達(dá)到峰值，然后下降；工作記憶障礙組大鼠 DTF值在工作記憶過程中沒有明顯變化。正常對照組工作記憶的LFPs-gamma網(wǎng)絡(luò)的 DTF值顯著大于工作記憶障礙組。提示工作記憶障礙組在工作記憶時發(fā)生了LFPs-gamma網(wǎng)絡(luò)的連接缺損。
　　（2）工作記憶障礙Gamma振蕩缺失的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制
　　正常大鼠組在工作記憶