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变间隔的脉冲改变高频刺激对于脑神经元的作用 被引量:2
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作者 胡汉汉 封洲燕 +2 位作者 王兆祥 黄璐 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第8期804-811,共8页
通常采用恒定电脉冲间隔的高频刺激(high-frequency stimulation,HFS),进行深部脑刺激治疗帕金森氏症等运动障碍疾病.为了开发适用于不同脑疾病治疗的新刺激模式,近年来脉冲间隔(inter-pulse-interval,IPI)变化的变频刺激模式受到关注.... 通常采用恒定电脉冲间隔的高频刺激(high-frequency stimulation,HFS),进行深部脑刺激治疗帕金森氏症等运动障碍疾病.为了开发适用于不同脑疾病治疗的新刺激模式,近年来脉冲间隔(inter-pulse-interval,IPI)变化的变频刺激模式受到关注.已有研究表明,即使具有相同的平均电脉冲频率,变频刺激与恒频刺激的治疗效果也不同.我们推测,变频刺激的短小IPI变化就足以改变HFS对于神经元的作用.为了验证此推测,本文在大鼠海马CA1区锥体神经元的输入轴突纤维上交替施加恒频刺激(100或133 Hz,即IPI=10 ms或7.5 ms)和随机变频刺激(100~200 Hz,即IPI=5~10 ms,平均频率为133 Hz),记录并分析刺激下游神经元群体的诱发电位,用于定量评价神经元对于恒频和变频刺激的响应.实验结果表明,持续的恒频刺激使得神经元的响应从最初的同步发放形成的群峰电位(population spike,PS)转变为非同步的动作电位发放(即单元锋电位).但是,当刺激切换为变频模式时,却又可以诱发神经元群体同步产生动作电位,重新形成PS波.并且,变频刺激诱发的PS幅值和神经元发放的同步程度可达基线的单脉冲刺激诱发波的水平.但是,PS的发生率只有脉冲刺激频率的7%左右,表明在持续的变频刺激时,多个脉冲累积的作用才能诱发这种同步的神经元发放.而且PS的出现与前导IPI的长度之间存在一定关系.神经元的轴突和突触等结构对于高频刺激的非线性响应可能是变频刺激诱发同步活动的原因.这些结果表明,变频刺激序列中短小的间隔变化可以产生与恒定间隔不同的调控作用.本文的结果对于揭示脑刺激的作用机制,促进新型刺激模式的开发及其在不同类型脑疾病治疗中的应用具有重要意义. 展开更多
关键词 高频刺激 脉冲间隔 随机频率 群峰电位 同步发放
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时变参数神经电刺激系统的设计及其应用 被引量:2
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作者 杨刚生 封洲燕 +1 位作者 王兆祥 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1144-1153,共10页
目前,常规神经电刺激产品仅提供可预设参数的恒定刺激模式,而新型时变刺激模式是拓展神经电刺激产品临床应用的重要研究方向之一。为了便于在动物实验中施行时变的电刺激,本研究设计利用LabVIEW软件,控制通用的数据采集卡和电刺激器,构... 目前,常规神经电刺激产品仅提供可预设参数的恒定刺激模式,而新型时变刺激模式是拓展神经电刺激产品临床应用的重要研究方向之一。为了便于在动物实验中施行时变的电刺激,本研究设计利用LabVIEW软件,控制通用的数据采集卡和电刺激器,构建了可输出各种实时变化的脉冲序列集成刺激系统。它可以产生具有均匀、正态、伽马和泊松等特定分布的时变脉冲间隔(IPI)脉冲序列,也可以产生其他任意时变IPI脉冲序列。此外,脉冲幅值、脉宽、双相脉冲相间延时和脉冲序列时长等参数可调。该刺激系统的性能测试结果显示,其输出脉冲序列各种参数的误差均小于1%。利用此系统生成间隔在5~10 ms范围内随机时变的脉冲序列,并用于大鼠海马脑区进行动物实验。实验结果显示,即使平均脉冲频率同样为130 Hz左右,随机变频刺激对于神经元群体的兴奋作用显著强于恒定频率刺激。总之,本文设计的刺激系统可为研究和开发新型神经电刺激模式提供有用的工具。 展开更多
关键词 神经电刺激 时变刺激 随机脉冲序列 大鼠海马区
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新型深部脑刺激模式的开发及研究进展 被引量:2
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作者 王兆祥 封洲燕 +1 位作者 杨刚生 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第3期263-274,共12页
深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)已成为治疗帕金森病等运动障碍疾病的常规方法之一,并且在许多其他神经和精神疾病的治疗中也具有良好的应用前景.但是,目前常规DBS采用单通道恒定脉冲间隔的高频刺激(high frequency stimulation... 深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)已成为治疗帕金森病等运动障碍疾病的常规方法之一,并且在许多其他神经和精神疾病的治疗中也具有良好的应用前景.但是,目前常规DBS采用单通道恒定脉冲间隔的高频刺激(high frequency stimulation,HFS),刺激模式缺少多样化,限制了DBS在临床上的推广应用.为了开发更多DBS刺激模式,用于改善疗效、拓展应用范围、并节省刺激器的电能,近年来研究人员基于去同步调控机制,在脉冲序列的时间模式和空间排布两方面开发了DBS新模式.主要包括:变频序列(包括规则变频和随机变频)、不同空间位点上的多通道异步刺激以及变频和多通道两者的结合.这些新刺激模式能够提高DBS的临床疗效、降低刺激能耗,在帕金森病以及癫痫、强迫症和微意识障碍等其他脑疾病的治疗中都展现了良好的应用前景.更值得关注的是,多通道异步刺激不仅在刺激期间具有更好的即时疗效,而且刺激结束后还能长时间保持疗效,具有刺激后效应.这个特性突破了常规DBS主要为即时效应的局限性,展现了DBS新前景.本文在概述常规DBS模式及其去同步调控机制的基础上,综述变频脉冲刺激和多通道刺激等新型DBS模式,可以为促进DBS的发展提供有价值的信息. 展开更多
关键词 深部脑刺激 时间序列 空间排布 异步刺激 去同步 刺激后效应
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大鼠海马神经元对于高频脉冲刺激的暂态响应 被引量:1
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作者 胡一凡 封洲燕 +1 位作者 王兆祥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第7期827-835,共9页
闭环刺激是深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)的重要发展方向之一,有望用于治疗多种脑神经系统疾病.与常规开环的长时间持续刺激不同,闭环刺激通常采用短促的高频脉冲序列.而神经元对于高频刺激的响应存在暂态过程,在初期的短时... 闭环刺激是深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)的重要发展方向之一,有望用于治疗多种脑神经系统疾病.与常规开环的长时间持续刺激不同,闭环刺激通常采用短促的高频脉冲序列.而神经元对于高频刺激的响应存在暂态过程,在初期的短时间内会发生很大变化,从而影响闭环刺激的作用.为了研究这种暂态过程,在大鼠海马CA1区传出轴突纤维(alveus)上施加不同频率的恒频以及随机变频的逆向高频刺激(antidromic high-frequency stimulation,A-HFS),并以逆向诱发的群峰电位(antidromically-evoked population spike,APS)的幅值作为指标来考察神经元群体的响应.研究结果表明,100、133和200 Hz的恒频A-HFS初期,APS迅速衰减,脉冲频率越高,APS衰减越快.平均不到1 s时间内APS的幅值就会下降一半以上,100 Hz时的平均半衰期为~0.96 s,频率增加1倍至200 Hz时,平均半衰期缩短至~0.21 s.使用100~200 Hz范围内实时微调脉冲间隔的随机变频刺激,则可以显著延缓神经元响应的衰减速度,延长刺激作用的维持时间.这些结果可以为短促闭环刺激等DBS新模式的开发提供依据. 展开更多
关键词 高频刺激 暂态响应 群峰电位 脉冲频率 脉冲间隔
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