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目的:
结合前期研究基础,本项目基于神经血管耦合机制,利用功能近红外光谱成像(fNIRs)技术检测和评估单眼剥夺损害后视皮层功能柱“漂移”改变与刺激响应特征,初步揭示单眼剥夺后视皮层可塑性改变的中枢机制;进一步探讨和分析“调气通经明目”针法干预对视觉剥夺后视皮层空间分布、功能柱“漂移”以及跨感觉通道重组的影响,初步阐明针刺干预视觉可塑性改变的脑功能调节作用和机制,为弱视的针灸效应和应用研究提供依据。
方法:
14天龄SD大鼠70只,利用计算机生成随机数字法先分出空白组(10只);其余大鼠采用右眼睑缝合复制单眼剥夺模型,选择模型复制成功的50只随机分为模型组、左旋多巴甲酯(LDME)组、早期针刺组、中期针刺组、末期针刺组(每组10只)。LDME组在模型复制后第3天给予LDME灌胃治疗,每日1次,共30d;早、中、末期针刺组均采用“调气通经明目”针法选取双侧“睛明”(BL1)“攒竹”(BL2)“风池”(GB20)“光明”(GB37),分别于模型复制后第3d、12d、21d开始针刺,每日1次,每次留针10min,共9d。治疗结束后采用图形视觉诱发电位(P-VEP)技术检测各组大鼠视觉P-VEP潜伏期及振幅改变;采用fNIRs技术检测各组大鼠视皮层在不同视知觉任务刺激(静息、遮盖、深浅颜色、不同方位、棋盘格翻转、短声音刺激)下视皮层特征结构(特征功能柱、空间频率功能柱响应)含氧血红蛋白(Oxy-Hb)、脱氧血红蛋白(Deoxy-Hb)和总血红蛋白(Total-Hb)的浓度改变,由此评估、比较和分析视觉皮层功能柱构筑与刺激响应特征。
结果:
1.各组大鼠视觉P-VEP潜伏期及振幅比较
与空白组右眼P-VEP相比,模型组右眼潜伏期延长,振幅降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组潜伏期缩短,振幅升高(P<0.05);早期针刺组与LDME组P-VEP改善程度均优于中期、末期针刺组(P<0.05),提示剥夺眼(右眼)视觉通路和中枢存在视反应抑制和功能损害。
2.静息、遮盖状态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
(1)静息态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
视觉静息状态下,各组大鼠右侧视皮层Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度均无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显升高(P<0.05);LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组与早期针刺组无差异(P>0.05),LDME组、早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组组无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,LDME组、早期针刺组明显降低(P<0.05),中、末期组无明显差异(P>0.05),各组间无明显差异(P>0.05)。
静息态下,各组大鼠左侧和右侧相比,空白组无差异(P>0.05),模型组Oxy-Hb、Deoxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),LDME组、中期针刺组、末期针刺组Oxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),早期针刺组无差异(P>0.05)。
(2)遮盖状态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
视觉遮盖状态下,各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Total-Hb及左侧Deoxy-Hb浓度无差异(P>0.05)。与空白组右侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);各治疗组明显降低(P<0.05),各组间无明显差异(P>0.05);与模型组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,右侧明显降低(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后左侧视皮质神经元代谢活动减弱,视觉功能出现抑制和损害,右侧视皮质功能相对增强,出现“眼优势”现象;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层眼优势柱功能损害。
3.各组大鼠视觉皮层特征功能柱响应特征
(1)深、浅颜色刺激下各组大鼠视觉皮层颜色柱响应特征
视觉深浅颜色刺激下,各组大鼠右侧视皮层Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组双侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组双侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);各治疗组明显降低(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度相比,空白组、LDME组、早期针刺组、中期针刺组左侧和右侧无明显差异(P>0.05),模型组、末期针刺组Oxy-Hb右侧高于左侧、Deoxy-Hb右侧低于左侧、Total-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,左侧视皮质神经元对视觉输入颜色信息加工功能出现抑制,右侧视皮质颜色信息加工功能相对增强;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层颜色柱功能损害。
(2)不同方位刺激下各组大鼠视觉皮层方位柱响应特征
不同方位刺激状态下,各组大鼠右侧Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组左、右侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组左、右侧均明显降低(P<0.05);与模型组左、右侧相比,各治疗组左、右侧均明显升高(P<0.05);各治疗组右侧视皮层Oxy-Hb浓度无明显差异(P>0.05),左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左、右侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组左、右侧均明显升高(P<0.05);与模型组左、右侧相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度浓度相比,模型组明显降低(P<0.05),各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度相比,空白组左侧和右侧无明显差异(P>0.05),模型组右侧高于左侧(P<0.05);LDME组Oxy-Hb、Deoxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),Total-Hb浓度无差异(P>0.05);早期针刺组Oxy-Hb浓度无差异(P>0.05),Deoxy-Hb、Total-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05);中期、末期针刺组右侧高于左侧(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,左侧视皮质神经元方位信息感知的敏感性和选择性显著抑制,右侧视皮质以上功能相对增强,LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层方位柱功能的损害。
4.各组大鼠视觉皮层空间频率功能柱响应特征
视觉棋盘格翻转刺激下,各组大鼠右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb及双侧Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组与早期针刺组无差异(P>0.05),LDME组、早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。各组大鼠左右侧相比无差异(P>0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,剥夺眼对侧(左侧)视皮质神经元运动信息处理功能和运动驱动功能下降,右侧视皮质以上功能相对增强;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层空间频率柱功能的损害。
5.短声音刺激下各组大鼠视觉皮层响应特征
短声音刺激状态下,各组大鼠左侧Oxy-Hb、左侧和右侧Deoxy-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组右侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧和右侧视皮层Total-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05),各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。各组左侧和右侧相比无明显差异(P>0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,视皮层神经元可能响应听觉刺激,可能激活或形成了听觉加工与视皮层神经元之间的联系,LDME与针刺能够调节和干预这种跨感觉通道重组的现象。
结论:
1.视觉发育敏感期内,单眼剥夺大鼠(剥夺眼)P-VEP异常改变,视觉神经元活动与传导功能减弱和抑制,针刺能有效改善剥夺眼视觉传导功能的抑制和损害。
2.右眼视觉剥夺后,左侧视皮质血氧代谢和神经元功能活动减弱,对视觉输入信息(颜色、方位、运动、运动频率等)的加工和感受功能出现抑制和损害;右侧视皮质神经元功能相对增强,出现视觉向开放眼(左眼)转移的“眼优势”现象。
3.右眼视觉剥夺后,右侧视皮质眼优势柱、特征功能柱(颜色柱、方位柱)及空间频率功能柱功能明显增强,相对出现“视皮层功能柱从左侧向右侧‘漂移’的现象”,实为视功能柱发生功能和结构的可塑性重组改变,另外还可能部分激活或形成了视听跨感觉通道重组的改变。
4.视觉发育敏感期内,“调气通经明目”针法能有效改善和修复视觉剥夺后视觉加工和感受功能损害,抑制“眼优势”现象;并能够有效调节和恢复视觉剥夺导致的双侧视皮层功能柱发育不平衡,对视功能柱可塑性“漂移”改变有明显的干预和调节作用,而且早期治疗是取得疗效的关键。
结合前期研究基础,本项目基于神经血管耦合机制,利用功能近红外光谱成像(fNIRs)技术检测和评估单眼剥夺损害后视皮层功能柱“漂移”改变与刺激响应特征,初步揭示单眼剥夺后视皮层可塑性改变的中枢机制;进一步探讨和分析“调气通经明目”针法干预对视觉剥夺后视皮层空间分布、功能柱“漂移”以及跨感觉通道重组的影响,初步阐明针刺干预视觉可塑性改变的脑功能调节作用和机制,为弱视的针灸效应和应用研究提供依据。
方法:
14天龄SD大鼠70只,利用计算机生成随机数字法先分出空白组(10只);其余大鼠采用右眼睑缝合复制单眼剥夺模型,选择模型复制成功的50只随机分为模型组、左旋多巴甲酯(LDME)组、早期针刺组、中期针刺组、末期针刺组(每组10只)。LDME组在模型复制后第3天给予LDME灌胃治疗,每日1次,共30d;早、中、末期针刺组均采用“调气通经明目”针法选取双侧“睛明”(BL1)“攒竹”(BL2)“风池”(GB20)“光明”(GB37),分别于模型复制后第3d、12d、21d开始针刺,每日1次,每次留针10min,共9d。治疗结束后采用图形视觉诱发电位(P-VEP)技术检测各组大鼠视觉P-VEP潜伏期及振幅改变;采用fNIRs技术检测各组大鼠视皮层在不同视知觉任务刺激(静息、遮盖、深浅颜色、不同方位、棋盘格翻转、短声音刺激)下视皮层特征结构(特征功能柱、空间频率功能柱响应)含氧血红蛋白(Oxy-Hb)、脱氧血红蛋白(Deoxy-Hb)和总血红蛋白(Total-Hb)的浓度改变,由此评估、比较和分析视觉皮层功能柱构筑与刺激响应特征。
结果:
1.各组大鼠视觉P-VEP潜伏期及振幅比较
与空白组右眼P-VEP相比,模型组右眼潜伏期延长,振幅降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组潜伏期缩短,振幅升高(P<0.05);早期针刺组与LDME组P-VEP改善程度均优于中期、末期针刺组(P<0.05),提示剥夺眼(右眼)视觉通路和中枢存在视反应抑制和功能损害。
2.静息、遮盖状态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
(1)静息态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
视觉静息状态下,各组大鼠右侧视皮层Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度均无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显升高(P<0.05);LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组与早期针刺组无差异(P>0.05),LDME组、早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组组无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,LDME组、早期针刺组明显降低(P<0.05),中、末期组无明显差异(P>0.05),各组间无明显差异(P>0.05)。
静息态下,各组大鼠左侧和右侧相比,空白组无差异(P>0.05),模型组Oxy-Hb、Deoxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),LDME组、中期针刺组、末期针刺组Oxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),早期针刺组无差异(P>0.05)。
(2)遮盖状态下各组大鼠视觉皮层眼优势柱响应特征
视觉遮盖状态下,各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Total-Hb及左侧Deoxy-Hb浓度无差异(P>0.05)。与空白组右侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);各治疗组明显降低(P<0.05),各组间无明显差异(P>0.05);与模型组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,右侧明显降低(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后左侧视皮质神经元代谢活动减弱,视觉功能出现抑制和损害,右侧视皮质功能相对增强,出现“眼优势”现象;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层眼优势柱功能损害。
3.各组大鼠视觉皮层特征功能柱响应特征
(1)深、浅颜色刺激下各组大鼠视觉皮层颜色柱响应特征
视觉深浅颜色刺激下,各组大鼠右侧视皮层Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组双侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组双侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);各治疗组明显降低(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),右侧组间无明显差异(P>0.05);左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度相比,空白组、LDME组、早期针刺组、中期针刺组左侧和右侧无明显差异(P>0.05),模型组、末期针刺组Oxy-Hb右侧高于左侧、Deoxy-Hb右侧低于左侧、Total-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,左侧视皮质神经元对视觉输入颜色信息加工功能出现抑制,右侧视皮质颜色信息加工功能相对增强;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层颜色柱功能损害。
(2)不同方位刺激下各组大鼠视觉皮层方位柱响应特征
不同方位刺激状态下,各组大鼠右侧Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组左、右侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组左、右侧均明显降低(P<0.05);与模型组左、右侧相比,各治疗组左、右侧均明显升高(P<0.05);各治疗组右侧视皮层Oxy-Hb浓度无明显差异(P>0.05),左侧LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左、右侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组左、右侧均明显升高(P<0.05);与模型组左、右侧相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。与空白组左侧视皮层Total-Hb浓度浓度相比,模型组明显降低(P<0.05),各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
各组大鼠左侧和右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb、Total-Hb浓度相比,空白组左侧和右侧无明显差异(P>0.05),模型组右侧高于左侧(P<0.05);LDME组Oxy-Hb、Deoxy-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05),Total-Hb浓度无差异(P>0.05);早期针刺组Oxy-Hb浓度无差异(P>0.05),Deoxy-Hb、Total-Hb浓度右侧高于左侧(P<0.05);中期、末期针刺组右侧高于左侧(P<0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,左侧视皮质神经元方位信息感知的敏感性和选择性显著抑制,右侧视皮质以上功能相对增强,LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层方位柱功能的损害。
4.各组大鼠视觉皮层空间频率功能柱响应特征
视觉棋盘格翻转刺激下,各组大鼠右侧Oxy-Hb、Deoxy-Hb及双侧Total-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧视皮层Deoxy-Hb浓度相比,模型组明显升高(P<0.05);与模型组相比,各治疗组明显降低(P<0.05),LDME组与早期针刺组无差异(P>0.05),LDME组、早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。各组大鼠左右侧相比无差异(P>0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,剥夺眼对侧(左侧)视皮质神经元运动信息处理功能和运动驱动功能下降,右侧视皮质以上功能相对增强;LDME和早期针刺均能不同程度改善和保护视皮层空间频率柱功能的损害。
5.短声音刺激下各组大鼠视觉皮层响应特征
短声音刺激状态下,各组大鼠左侧Oxy-Hb、左侧和右侧Deoxy-Hb浓度无差异(P>0.05)。
与空白组右侧视皮层Oxy-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05);各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。
与空白组左侧和右侧视皮层Total-Hb浓度相比,模型组明显降低(P<0.05),各治疗组明显升高(P<0.05),LDME组优于早期针刺组(P<0.05),早期针刺组优于中、末期针刺组(P<0.05),中期与末期组无明显差异(P>0.05)。各组左侧和右侧相比无明显差异(P>0.05)。
由上表明,右眼视觉剥夺后,视皮层神经元可能响应听觉刺激,可能激活或形成了听觉加工与视皮层神经元之间的联系,LDME与针刺能够调节和干预这种跨感觉通道重组的现象。
结论:
1.视觉发育敏感期内,单眼剥夺大鼠(剥夺眼)P-VEP异常改变,视觉神经元活动与传导功能减弱和抑制,针刺能有效改善剥夺眼视觉传导功能的抑制和损害。
2.右眼视觉剥夺后,左侧视皮质血氧代谢和神经元功能活动减弱,对视觉输入信息(颜色、方位、运动、运动频率等)的加工和感受功能出现抑制和损害;右侧视皮质神经元功能相对增强,出现视觉向开放眼(左眼)转移的“眼优势”现象。
3.右眼视觉剥夺后,右侧视皮质眼优势柱、特征功能柱(颜色柱、方位柱)及空间频率功能柱功能明显增强,相对出现“视皮层功能柱从左侧向右侧‘漂移’的现象”,实为视功能柱发生功能和结构的可塑性重组改变,另外还可能部分激活或形成了视听跨感觉通道重组的改变。
4.视觉发育敏感期内,“调气通经明目”针法能有效改善和修复视觉剥夺后视觉加工和感受功能损害,抑制“眼优势”现象;并能够有效调节和恢复视觉剥夺导致的双侧视皮层功能柱发育不平衡,对视功能柱可塑性“漂移”改变有明显的干预和调节作用,而且早期治疗是取得疗效的关键。