丙泊酚麻醉影響大鼠工作記憶神經編碼機制的研究

丙泊酚麻醉影響大鼠工作記憶神經編碼機制的研究研究目的：丙泊酚是臨床手術常用的麻醉藥物之一,該藥物對手術后認知功能是否產生負面影響是臨床關注的重要問題。本論文以大鼠為研究對象,以工作記憶認知功能為切入點,研究靜脈注射臨床關心的0.9mg/Kg.min丙泊酚在手術后不同時期大鼠工作記憶行為學特征；以及在工作記憶責任腦區(qū)(前額葉皮層)上兩類不同模態(tài)的神經信號——局部場電位(localfieldpotential,LFP)和神經元集群動作電位編碼工作記憶事件的模式,研究0.9mg/Kg.min丙泊酚對工作記憶功能的影響。論文的研究為臨床提供了支持。研究方法：1.實驗動物雄性SD大鼠10只,體重300-350g,在Y迷宮中進行工作記憶任務訓練。2.將實驗大鼠隨機分為兩組,分別記為丙泊酚組(5只)和對照組(5只)。丙泊酚組大鼠按0.9mg/kg-min劑量鼠尾靜脈注射丙泊酚2小時,3.在兩組大鼠前額葉皮層在體植入16通道微電極陣列。4.在術后每天對兩組大鼠進行工作記憶能力測試,并應用Cerebus128通道信號采集系統(tǒng)記錄兩組大鼠在工作記憶過程中前額葉皮層的16通道神經電信號。直到丙泊酚組大鼠工作記憶行為達到訓練標準(正確率90%)。5.從16通道原始記錄神經電信號中分離LFPs和動作電位(AP)對所記錄的原始神經電信號進行低通濾波(0.5-500Hz),得到16通道局部場電位(LocalFieldPotentials,LFPs);原始數據經高通濾波(500-7.5KHz),再通過閾值檢測獲取spikes,spikes信號經過sorting獲得動作電位時空序列。6.兩組大鼠前額葉皮層16通道LFPs對工作記憶事件的編碼(1)LFPs預處理去除16通道LFPs信號中夾雜的工頻干擾與基線漂移,獲取零均值16通道LFPs。(2)LFPs相關編碼的時空分布取窗口長50ms,從初始時間開始,計算一個窗口中16通道LFPs的相位相關：應用Hilbert變換獲取16通道LFPs的相位；選取平均放電頻率最高的通道作為參考通道；計算其余15通道LFPs對參考通道LFP的相位相關。取窗口移動步長為12.5ms,移動窗口,分別在每個窗口中計算LFPs的相位相關,獲得16通道LFPs相位相關編碼的時空分布模式。(3)LFPs復雜度編碼的時空分布選窗口長為200ms,應用Lem-ziv復雜度算法,計算一個窗口中LFPs復雜度平均值,窗口移動步長為50ms,獲得LFPs復雜度編碼的時空分布。7.兩組大鼠前額葉皮層神經元集群頻率對事件的編碼。選取窗口200ms,移動步長為50ms,逐個計算每個窗口中神經元集群的發(fā)放頻率,獲得神經元集群頻率編碼的時空分布。8.從大鼠在工作記憶過程中的行為學特征、前額葉皮層LFPs相關編碼和復雜度編碼以及神經元集群頻率編碼,研究靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚以后不同階段,丙泊酚對工作記憶功能的影響。研究結果：1靜脈注射0.9mg/kg-min劑量丙泊酚對大鼠工作記憶行為學影響(1)丙泊酚組大鼠在第1、2、3天,工作記憶測試的正確率依次為55±5%、60±5%、70±4.6%,均低于對照組大鼠89±5%、92+4.7%、90±5%(P<0.01)。丙泊酚組大鼠在第4天,工作記憶的正確率為88±5%與對照組93±4%沒有顯著差別(P>0.05)。(2)第1、2天測試中、丙泊酚組大鼠工作記憶正確率沒有差別(P>0.05),第2、3、4天,丙泊酚組大鼠工作記憶任務執(zhí)行正確率依次提高(P<0.05)。2靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚對大鼠前額葉皮層LFPs相位相關編碼的影響(1)第1、2、3天,丙泊酚組大鼠在工作記憶參考點前1秒的LFPs相位相關平均值分別為0.3149±0.0828,0.2894±0.0924,0.3470±0.0753,在工作記憶參考點后1秒的LFPs相位相關平均值依次為0.2993±0.0627,0.3203+0.1024,0.3383±0.0865,參考點前后無顯著變化(P>0.05)。第4天,參考點前1秒的LFPs相位相關平均值為0.1892±0.0429,后1秒為0.4270±0.0692,參考點后相位相關平均值顯著高于參考點前(p<0.01)。(2)第1、2、3、4天,對照組大鼠在參考點后1秒LFPs的相位相關平均值分別為0.4791±0.0964、0.4801±0.0831、0.4853±0.0719、0.4361±0.0768,參考點后1秒LFPs的相位相關平均值分別為0.1687±0.0546、0.1661±0.0379、0.1663±0.0382、0.1739±0.0296,參考點后均高于參考點前(p<0.01)。3靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚對大鼠前額葉皮層LFPs復雜度編碼的影響(1)第1、2、3天,丙泊酚組大鼠在工作記憶參考點前2秒的LFPs的復雜度平均值分別為0.2419+0.0864,0.2316±0.0817,0.2348±0.0941,在參考點后1秒復雜度平均值分別為0.2261±0.0314,0.2625+0.0843,0.2759±0.0847,在參考點前后無顯著變化(P>0.05)。第4天,參考點后2秒16通道LFPs復雜度平均值分0.3917±0.0785,參考點前為0.2284±0.0634,參考點后的復雜度平均值高于參考點前(p<0.05)。(2)第1、2、3、4天,對照組大鼠在參考點后LFPs的復雜度平均值為0.4437±0.0757、0.4562±0.0639、0.4692±0.0721、0.4823±0.0869,在參考點前LFPs的復雜度平均值為0.2019±0.0362、0.2548±0.0537、0.2219±0.0569、0.2465±0.0529,參考點后均高于參考點前(p<0.05)。4靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚對大鼠前額葉皮層神經元集群頻率編碼的影響神經元頻率編碼的時空分布圖顯示：在參考點附近,丙泊酚組在第1、2、3天無明顯集群,第4天有明顯集群。第1、2、3、4天,正常組在參考點附近有明顯集群。研究結論：本論文研究0.9mg/kg-min劑量丙泊酚對大鼠工作記憶功能的影響,分別從大鼠的工作記憶行為學實驗、前額葉皮層16通道LFPs編碼模式以及神經元集群頻率編碼進行研究,結論如下：1對大鼠工作記憶行為學的影響第1-3天,靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚降低了大鼠的工作記憶功能；大鼠的工作記憶功能可以隨時間的延續(xù)而得到恢復,到第4天完全恢復到正常水平。2大鼠前額葉皮層16通道LFPs編碼工作記憶事件的影響(1)第1-3天,靜脈注射0.9mg/kg-min丙泊酚影響大鼠LFPs在參考點前后相位相關編碼模式；第4天,該劑量丙泊酚不再影響LFPs在參考點前后的相位相關編碼模式。(2)第1-3天,靜脈注射0.9