經(jīng)顱交流電刺激對(duì)阿爾茲海默病小鼠雙側(cè)海馬有效連接的干預(yù)研究

曹甜甜,王亞飛,張文龍,吳林彥,黃亮,李四楠,李龍,劉天,王玨

(1. 西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,710049,西安;2. 榆林市第一醫(yī)院神經(jīng)外科,719000,陜西榆林)

阿爾茨海默癥(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病,患病率逐年上升。阿爾茨海默癥主要表現(xiàn)為認(rèn)知下降、工作記憶損傷和行為改變等問(wèn)題,影響患者的正常生活[1]。

在網(wǎng)絡(luò)層面研究腦網(wǎng)絡(luò)有效連接記憶機(jī)制,可以更好地反饋腦區(qū)之間的信息流向和因果關(guān)系[2],對(duì)腦功能障礙的研究具有重要意義[3]。格蘭杰因果分析可以研究大腦不同區(qū)域之間的有效連接。有研究表明,與正常對(duì)照組相比,AD患者表現(xiàn)出較低的網(wǎng)絡(luò)連接特性,AD患者腦區(qū)之間的連接存在異常[4-5]。AD發(fā)病的潛在機(jī)制尚不清楚,有研究推測(cè),AD患者認(rèn)知功能障礙可能與腦區(qū)之間連接受損有關(guān)[6-8]。

海馬在研究工作記憶與學(xué)習(xí)過(guò)程中起著重要的作用。有研究表明,AD患者的海馬萎縮程度發(fā)生左、右不對(duì)稱變化,左海馬比右海馬發(fā)生更大程度的萎縮[9-10],左側(cè)海馬代謝物的變化與AD患者的記憶障礙有關(guān)[11]。推測(cè)AD患者存在的記憶缺陷可能與左、右側(cè)海馬有關(guān),目前針對(duì)AD患者左、右海馬之間連接的研究工作相對(duì)有限,左、右海馬之間有效連接的研究對(duì)于了解AD發(fā)病機(jī)制和改善AD癥狀具有重要的意義。

經(jīng)顱交流電刺激(tACS)是一種無(wú)創(chuàng)腦刺激技術(shù),通過(guò)在頭皮表面施加低振幅交流電刺激可調(diào)節(jié)腦部振蕩節(jié)律,改善認(rèn)知功能[12]。多項(xiàng)研究表明,在AD小鼠模型[13]和AD患者[14]中均表現(xiàn)出γ振蕩(30～80 Hz)受損。研究發(fā)現(xiàn),40 Hz的視覺(jué)刺激誘導(dǎo)γ振蕩可以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的形成,減少AD小鼠模型中Aβ蛋白和p-tau蛋白的沉積[15]。40 Hz的tACS可以改善AD患者的記憶和認(rèn)知功能[16-17]。上述研究表明,40 Hz的tACS可能是一種有前景的干預(yù)方法,可以改善AD的認(rèn)知功能。有文獻(xiàn)基于因果分析方法,探究了體感電刺激對(duì)正常人體腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的影響[18]。目前,tACS干預(yù)AD的研究大多局限于刺激靶區(qū)處的局部腦區(qū),對(duì)相關(guān)腦區(qū)的聯(lián)合分析較少。

在本研究中,通過(guò)tACS刺激小鼠右側(cè)海馬,基于格蘭杰因果分析方法,研究tACS對(duì)AD小鼠雙側(cè)海馬之間有效連接的影響。研究結(jié)果顯示,40 Hz tACS可以增強(qiáng)AD小鼠雙側(cè)海馬神經(jīng)元電活動(dòng)的功率譜密度,改善AD左、右海馬之間異常的有效連接。本文為tACS干預(yù)AD的研究提供了參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)選用16只3月齡小鼠,其中12只AD小鼠模型為APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠,4只普通小鼠為C57/BL6-Tg小鼠,均購(gòu)自中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所。所有小鼠被飼養(yǎng)在溫度適宜的房間內(nèi)。 將12只AD小鼠分為3組:AD組、tACS組和假刺激組,每組4只小鼠,選用4只普通小鼠作為實(shí)驗(yàn)的正常對(duì)照組。

1.2 經(jīng)顱交流電刺激實(shí)驗(yàn)

tACS組進(jìn)行刺激時(shí),將小鼠用2%異氟烷麻醉后固定在立體定位儀上,通過(guò)外科手術(shù)方法切開(kāi)頭皮,刮除筋膜裸露頭骨,以小鼠顱骨的前鹵作為參照點(diǎn),將電極貼附在海馬位點(diǎn)(前囟向后2 mm,矢狀縫左右1.35 mm)的正上方區(qū)域,刺激右側(cè)海馬。小鼠連續(xù)21 d每天接受20 min的tACS刺激:刺激電流為130 μА,頻率為40 Hz,通過(guò)函數(shù)波形信號(hào)發(fā)生器(RIGOL DG4202)輸出交流電信號(hào)。通過(guò)示波器實(shí)時(shí)記錄小鼠接受的刺激信號(hào),保證輸出刺激信號(hào)的準(zhǔn)確性。假刺激組是對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠僅在刺激實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后30 s和結(jié)束前30 s進(jìn)行刺激。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。 tACS組和假刺激組對(duì)小鼠進(jìn)行21 d的連續(xù)刺激,正常對(duì)照組和AD組未進(jìn)行刺激操作。刺激完成后,所有小鼠均植入記錄電極,手術(shù)后小鼠恢復(fù)3 d,然后進(jìn)行Y迷宮的任務(wù)訓(xùn)練和數(shù)據(jù)記錄。

圖1 小鼠tACS刺激實(shí)驗(yàn)流程圖
Fig.1 Time course of experimental procedures of tACS on rat

1.3 記錄電極放置

將小鼠用2%異氟烷麻醉,通過(guò)外科手術(shù)方法切開(kāi)頭皮,刮除筋膜裸露頭骨,以小鼠顱骨的前鹵作為參照點(diǎn),確定記錄電極位點(diǎn)(前囟向后2 mm,矢狀縫向左1.35 mm和向右1.35 mm),用顱骨鉆開(kāi)顱并用立體定位儀植入記錄電極(植入深度為1.29 mm)。其中記錄電極采用鎳鉻直絲,每個(gè)腦區(qū)3根直絲,每個(gè)電極由6根直絲構(gòu)成。小腦處植入顱骨釘作為參考電極,用銅網(wǎng)包圍整個(gè)采集電極作為屏蔽。手術(shù)后恢復(fù)3 d時(shí)間,根據(jù)手術(shù)的損傷情況,在進(jìn)行Y迷宮訓(xùn)練之前,剔除掉行為異常的老鼠。

1.4 行為訓(xùn)練

小鼠進(jìn)行Y迷宮行為訓(xùn)練,同時(shí)記錄小鼠的行為學(xué)表現(xiàn)和電生理數(shù)據(jù)。Y迷宮由3個(gè)臂(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū))組成,如圖2所示,小鼠被允許自由探索3個(gè)臂,每次實(shí)驗(yàn)包括兩次訓(xùn)練,每只老鼠重復(fù)85次實(shí)驗(yàn)。小鼠放置在起始端(Ⅰ區(qū)),第一次是自由選擇階段,可以任意選擇Ⅱ或者Ⅲ區(qū),然后小鼠自行返回起始端(Ⅰ區(qū))。第一次訓(xùn)練結(jié)束10 s后,開(kāi)始第二次訓(xùn)練,要求小鼠進(jìn)入與自由選擇階段相反的臂。若第二次選擇與第一次相同,則認(rèn)為是一次錯(cuò)誤的訓(xùn)練,在小鼠選擇錯(cuò)誤的Ⅱ區(qū)或者Ⅲ區(qū)的臂底施加弱脈沖刺激小鼠1 s,弱電流刺激小鼠產(chǎn)生的刺激痛感作為選擇錯(cuò)誤的懲罰。若第二次與第一次選擇不同則認(rèn)為是正確的訓(xùn)練,允許小鼠正常返回。在Y迷宮的交叉口,記錄一次實(shí)驗(yàn)的起始時(shí)間,當(dāng)小鼠進(jìn)入Y型迷宮Ⅱ區(qū)或者Ⅲ區(qū)辨別的決策點(diǎn)時(shí),再次記錄實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,兩次時(shí)間點(diǎn)之差表示小鼠一次工作記憶訓(xùn)練的時(shí)間。

圖2 Y型迷宮訓(xùn)練任務(wù)示意圖Fig.2 Schematic of the training task on Y-maze

1.5 數(shù)據(jù)記錄與分析

1.5.1 數(shù)據(jù)記錄

局部場(chǎng)電位記錄:在進(jìn)行Y迷宮行為訓(xùn)練的過(guò)程中,通過(guò)多通道生理采集系統(tǒng)cerebus記錄左海馬和右海馬兩個(gè)通道的神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào),對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣,采樣率設(shè)為500 Hz。同時(shí),記錄小鼠在Y迷宮任務(wù)期間的85次行為訓(xùn)練的情況,觀察訓(xùn)練的正確率與訓(xùn)練次數(shù)之間的關(guān)系,訓(xùn)練次數(shù)以步長(zhǎng)為5的窗口滑動(dòng),計(jì)算并記錄每10次訓(xùn)練正確率的平均值。

1.5.2 功率譜密度

使用matlab中pwelch函數(shù),計(jì)算腦電信號(hào)的功率譜密度,腦電信號(hào)采樣率為500 Hz,設(shè)置Hamming窗,窗長(zhǎng)1 s,50%的重疊。計(jì)算正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組腦電信號(hào)的功率譜密度,繪制功率譜密度曲線,頻率設(shè)置為0～45 Hz(主要研究頻率范圍為0～45 Hz)。

1.5.3 格蘭杰因果分析

格蘭杰因果分析就是基于自回歸模型分析時(shí)間序列X的過(guò)去是否有助于預(yù)測(cè)時(shí)間序列Y的現(xiàn)在。假設(shè)x1(t)和x2(t)是任意兩個(gè)廣義平穩(wěn)的時(shí)間序列,x1(t)或x2(t)單獨(dú)可以表示為

(1)

式中:p是模型階數(shù);aj是回歸系數(shù);ξn為時(shí)間序列的預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)x2(t)來(lái)預(yù)測(cè)x1(t)和通過(guò)x1(t)來(lái)預(yù)測(cè)x2(t)可表示為

(2)

(3)

式中:ξ12和ξ21為時(shí)間序列的預(yù)測(cè)誤差。從x1(t)到x2(t)的因果作用可表示為

(4)

式中:var(ξ1)和var(ξ12)是單變量和全模型中的預(yù)測(cè)誤差。

本研究使用matlab工具箱(MVGC)分析格蘭杰因果關(guān)系以及海馬兩個(gè)區(qū)域的因果關(guān)系,自定義階數(shù)為50,計(jì)算θ頻段和γ頻段下雙側(cè)海馬之間的格蘭杰因果值。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用GraphPad prism軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,通過(guò)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和雙因素方差分析,比較正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組在不同頻帶下的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。統(tǒng)計(jì)分析中P表示顯著性水平,*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001,****表示P<0.000 1,ns表示無(wú)顯著性差異,數(shù)據(jù)表示為均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(SEM)。

2 行為及電生理結(jié)果

本文統(tǒng)計(jì)了正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組小鼠在執(zhí)行Y迷宮任務(wù)時(shí)的訓(xùn)練表現(xiàn)。計(jì)算各個(gè)組的局部場(chǎng)電位在主要頻帶上(0～45 Hz)的功率譜密度,繪制功率譜密度與頻率的曲線,應(yīng)用格蘭杰因果的方法,計(jì)算各個(gè)組的左、右海馬之間的格蘭杰因果連接值(GC),分析各組之間腦網(wǎng)絡(luò)有效連接的差異。

2.1 行為表現(xiàn)

圖3記錄了Y迷宮訓(xùn)練任務(wù)期間不同組小鼠的行為表現(xiàn)。隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加,各組小鼠的訓(xùn)練正確率都有明顯增加,AD組的平均正確率(0.556±0.02)明顯低于正常對(duì)照組的正確率(0.825±0.08),tACS組行為正確率(0.643±0.05)明顯提高,在訓(xùn)練次數(shù)大于30次時(shí)接近正常對(duì)照組水平。

圖3 各組小鼠在Y迷宮任務(wù)中的行為表現(xiàn) Fig.3 Behavioral correct rate on the Y-maze task in each group of rat

2.2 功率譜密度分析

圖4為正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組的功率譜密度曲線,計(jì)算了在θ頻段(4～12 Hz)和γ頻段(30～45 Hz)的平均功率譜密度。在θ頻段上,AD組的平均功率譜密度顯著低于正常對(duì)照組(P<0.01),而tACS組的功率譜密度恢復(fù)至正常對(duì)照組的值。在γ頻段上,AD組的功率譜密度顯著低于正常對(duì)照組(P<0.000 1),tACS組的功率譜密度提高至正常對(duì)照組水平。tACS可以增強(qiáng)AD小鼠海馬處θ頻段和γ頻段的功率。

(a)θ頻段

(b)γ頻段

2.3 θ頻段和γ頻段的格蘭杰因果分析

行為學(xué)表現(xiàn)和功率譜密度分析表明,AD組與正常對(duì)照組之間存在差異,tACS可以恢復(fù)這種差異。使用格蘭杰因果分析來(lái)進(jìn)一步研究正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組雙側(cè)海馬之間的因果連接。

在θ頻段上,統(tǒng)計(jì)學(xué)分析各組雙側(cè)海馬之間平均GC值的差異(見(jiàn)圖5)。在左海馬到右海馬的信息流向上,4個(gè)組的平均GC值分別是0.400±0.013、0.111±0.002、0.377±0.017、0.099±0.002(見(jiàn)圖5(a))。在右海馬到左海馬的信息流向上,4個(gè)組的平均GC值分別是0.208±0.007、0.109±0.003、0.185±0.005、0.044±0.002(圖5(b))。從左海馬到右海馬和從右海馬到左海馬的信息流向上,AD組的GC值均顯著小于正常對(duì)照組(P<0.000 1),tACS組的GC值均顯著大于假刺激組的GC值(P<0.000 1)。在左海馬到右海馬的信息流向上,tACS組的GC值與正常對(duì)照組無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,在右海馬到左海馬的信息流向中,tACS組的GC值也接近正常對(duì)照組水平。圖5(c)是分析各個(gè)組雙側(cè)海馬之間不同信息流向的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。正常對(duì)照組的GC值在左、右海馬之間不同的信息流向上存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.000 1),AD組和假刺激組的GC值在雙側(cè)海馬的不同信息流向上無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。與正常對(duì)照組相比,AD組從左海馬到右海馬GC值的變化是大于右海馬到左海馬的GC值變化程度(0.289>0.099),而tACS組在不同的信息流向上GC值的差異與正常對(duì)照組相近。

圖6是γ頻段上正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組的平均GC值比較,在左海馬到右海馬的信息流向上,4個(gè)組的平均GC值分別是0.083±0.002、0.145±0.002、0.074±0.001、0.115±0.001(見(jiàn)圖6(a))。在右海馬到左海馬的信息流向上,4個(gè)組的平均GC值分別是0.077±0.002、0.127±0.003、0.082±0.002、0.105±0.001(見(jiàn)圖6(b))。從左海馬到右海馬和右海馬到左海馬的信息流向上,AD組的GC值均顯著大于正常對(duì)照組(P<0.000 1),tACS組的GC值均顯著小于假刺激組的GC值(P<0.000 1),tACS組的GC值與正常對(duì)照組之間無(wú)顯著性差異,tACS刺激使AD小鼠的GC值恢復(fù)到正常對(duì)照組水平。圖6(c)是分析各個(gè)組左、右海馬之間不同信息流向上的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。AD組的GC值從左海馬到右海馬與右海馬到左海馬的信息流向存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.000 1),其他組雙側(cè)海馬之間不同的信息流向無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。與正常對(duì)照組相比,AD組從左海馬到右海馬的GC值比右海馬到左海馬的GC值變化程度更大(0.062>0.05),tACS組在不同的信息流向上GC值的差異與正常對(duì)照組相近。

(a)左海馬到右海馬

(b)右海馬到左海馬

(c)雙側(cè)海馬之間

(a)左海馬到右海馬

(b)右海馬到左海馬

(c)雙側(cè)海馬之間

3 討 論

本文記錄了正常對(duì)照組、AD組、tACS組和假刺激組在Y迷宮任務(wù)期間左、右海馬的局部場(chǎng)電位。通過(guò)行為表現(xiàn),功率譜密度分析和左、右海馬之間的格蘭杰因果分析的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):①AD小鼠行為訓(xùn)練的正確率低于正常小鼠,在θ和γ頻段上的功率譜密度低于正常小鼠;②AD小鼠的雙側(cè)海馬之間有效連接異常;③tACS干預(yù)后,AD小鼠的行為正確率提高,θ振蕩和γ振蕩的功率增強(qiáng),且tACS改善了AD小鼠海馬雙側(cè)的異常腦網(wǎng)絡(luò)連接。

在Y迷宮行為訓(xùn)練期間,AD組訓(xùn)練正確率明顯低于正常對(duì)照組,表明AD小鼠工作記憶損傷,這與已有的研究一致[19]。tACS可以提高AD小鼠行為訓(xùn)練的正確率,推測(cè)tACS可以改善AD小鼠的記憶損傷。

海馬在學(xué)習(xí)和記憶中起著重要作用,因此本文分析了各組小鼠在執(zhí)行工作記憶任務(wù)期間海馬處的功率譜密度,進(jìn)一步探究AD小鼠記憶損傷的神經(jīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),與正常對(duì)照組相比,AD組的θ頻段和γ頻段的功率譜密度均降低。40 Hz tACS增強(qiáng)了γ振蕩和θ振蕩的能量,推測(cè)40 Hz tACS增強(qiáng)了γ振蕩,同時(shí)調(diào)制了θ振蕩,對(duì)θ頻段振蕩有促進(jìn)作用。之前有研究發(fā)現(xiàn)γ頻段的tACS會(huì)調(diào)制β的振蕩[20],表明tACS可能通過(guò)調(diào)節(jié)不同頻段振蕩來(lái)改善AD的記憶功能。

海馬處異常的θ和γ振蕩可能是阿爾茲海默癥的重要特征。目前,在AD小鼠模型中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)γ活性降低[13],同時(shí)AD患者中也存在γ振蕩受損[14]。γ振蕩(30～100 Hz)與學(xué)習(xí)、記憶等認(rèn)知活動(dòng)有關(guān),主要反映抑制性中間神經(jīng)元和錐體細(xì)胞之間的信息傳遞。視覺(jué)刺激誘導(dǎo)神經(jīng)退行性疾病小鼠模型中的γ活性可以改善突觸功能,改善小鼠的行為表現(xiàn),防止神經(jīng)退行性病變[21]。AD小鼠γ振蕩能量異常可能影響雙側(cè)海馬神經(jīng)環(huán)路的信息整合。θ振蕩(4～12 Hz)與探索行為有關(guān),在工作記憶期間發(fā)揮重要作用,θ振蕩反映了記憶信息的處理和存儲(chǔ)[22]。海馬處的θ振蕩和γ振蕩受損可能是AD小鼠工作記憶受損的神經(jīng)機(jī)制之一。

行為學(xué)表現(xiàn)和功率譜密度分析之后,通過(guò)格蘭杰因果分析,研究海馬左、右側(cè)之間的有效連接,從腦網(wǎng)絡(luò)連接的角度更好反饋記憶信息傳遞機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),在θ頻段下,AD組左、右海馬之間的GC值均小于正常對(duì)照組,在γ頻段下 AD組左、右海馬之間的GC值均大于正常對(duì)照組,表明在θ和γ頻段上AD小鼠雙側(cè)海馬之間的有效連接存在異常,這與之前的研究一致[23]。AD患者的腦網(wǎng)絡(luò)有效連接存在異常,腦網(wǎng)絡(luò)連接存在異?？赡芘cAD患者大腦區(qū)域之間的信息交換效率較低有關(guān)[23]。XUE等研究表明,靜息態(tài)下正常對(duì)照組、輕度認(rèn)知障礙組和AD受試者的海馬體與其他大腦區(qū)域之間網(wǎng)絡(luò)連接存在差異,這種現(xiàn)象可能與認(rèn)知功能有關(guān),且異常連接是單向的[24]。大腦網(wǎng)絡(luò)有效連接的異常變化可能與神經(jīng)退行性過(guò)程有關(guān),也可能涉及海馬及其他大腦區(qū)域。支持學(xué)習(xí)和記憶的信息傳輸通路異?？赡軐?dǎo)致認(rèn)知障礙和記憶損傷,AD小鼠雙側(cè)海馬的有效連接異?？赡苡绊懙接洃浶畔⒌膫鬏?影響到AD患者的行為表現(xiàn)。雙側(cè)海馬之間有效連接異?？赡苁茿D小鼠工作記憶受損的神經(jīng)機(jī)制之一。與正常對(duì)照組相比,AD組從左海馬到右海馬信息流向上的GC值比右海馬到左海馬的GC值變化程度大,AD組雙側(cè)海馬之間的網(wǎng)絡(luò)連接異常,存在左、右不對(duì)稱性。Watanab等研究表明,輕度認(rèn)知障礙和AD患者雙側(cè)海馬中的代謝物濃度發(fā)生不對(duì)稱變化,左側(cè)海馬代謝物濃度變化與輕度認(rèn)知障礙和AD患者的記憶功能障礙有關(guān)[11]。這與本文的結(jié)果一致。

已有多項(xiàng)研究表明,tACS可以改善AD患者的認(rèn)知功能。Moussavi等研究表明,tACS可以改善老年癡呆患者的認(rèn)知功能,可能對(duì)長(zhǎng)期記憶有改善作用[25]。Dhaynaut等研究表明,tACS靶向的顳葉區(qū)域的p-tau蛋白沉積顯著減少,40 Hz的tACS可以改善AD患者的癥狀[26]。

目前,tACS干預(yù)AD的研究大多限于刺激靶區(qū)相關(guān)的局部腦區(qū)的研究,本研究聯(lián)合分析海馬靶點(diǎn)區(qū)和靶點(diǎn)對(duì)側(cè)之間的有效連接,進(jìn)而揭示tACS干預(yù)AD的神經(jīng)機(jī)制。研究表明,tACS恢復(fù)了AD小鼠雙側(cè)海馬之間異常的有效連接,tACS靶點(diǎn)區(qū)和靶點(diǎn)對(duì)側(cè)之間的有效連接均使異常的有效連接恢復(fù)至正常水平。海馬是一個(gè)有機(jī)整體,盡管左、右海馬之間在解剖上[27-28]和功能[29]上存在一定的差異,但tACS靶向刺激右海馬后,從右海馬到左海馬的信息流向與左海馬到右海馬的信息流向上的有效連接發(fā)生一致變化,左、右海馬之間的連通性變化是一致的。這表明,40 Hz tACS可以通過(guò)改善AD雙側(cè)海馬之間的有效連接來(lái)改善AD小鼠的記憶功能。

在后續(xù)研究中,需要進(jìn)一步探究文中結(jié)果確切的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。本文沒(méi)有單獨(dú)考慮訓(xùn)練任務(wù)正確和錯(cuò)誤情況下的腦網(wǎng)絡(luò)連接,后續(xù)將繼續(xù)研究訓(xùn)練任務(wù)的正確與否對(duì)小鼠雙側(cè)海馬網(wǎng)絡(luò)連接的影響。本研究存在樣本量較小的限制,后續(xù)通過(guò)增加樣本量來(lái)進(jìn)一步探究tACS的效果和長(zhǎng)期作用。

4 結(jié) 論

多項(xiàng)研究表明,tACS對(duì)AD患者的癥狀有改善作用,針對(duì)tACS干預(yù)AD的神經(jīng)機(jī)制的研究?jī)H限于刺激靶點(diǎn)相關(guān)的局部腦區(qū)。本文采用格蘭杰因果分析的方法,研究海馬靶點(diǎn)側(cè)和靶點(diǎn)對(duì)側(cè)的腦網(wǎng)絡(luò)有效連接,從相連腦區(qū)的角度探究tACS干預(yù)AD的神經(jīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),AD小鼠雙側(cè)海馬之間的網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)異常,而以右海馬為靶點(diǎn)的40 Hz的tACS通過(guò)改善雙側(cè)海馬間的有效連接,可以恢復(fù)海馬區(qū)γ和θ的異常振蕩,改善了AD小鼠在記憶任務(wù)中的表現(xiàn)。tACS可以恢復(fù)阿爾茲海默病存在的異常腦網(wǎng)絡(luò)連接,從而改善AD患者的認(rèn)知功能,為AD的治療提供一種神經(jīng)調(diào)控方法。