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深部脑刺激(Deepbrainstimulation,DBS)在临床帕金森症、肌张力障碍等运动障碍疾病,以及癫痫、抑郁症等精神障碍疾病中的应用不断发展。相比于传统的药物治疗或者手术切除相关病灶疗法,DBS具有可逆、微创伤、副作用小等优点。不过,目前对于DBS作用机制的了解还很缺乏。不同刺激参数的DBS会对神经网络产生不同的作用效果。DBS通常采用高频电刺激(High frequency stimulation,HFS),刺激的持续时长是一个重要的可调参数。不同时长的HFS会对神经网络产生不同的作用效果,例如:短促HFS会诱发跟随痫样活动,而持续时间较长的刺激却可以安全用于治疗临床疾病。因此,研究不同时长模式的HFS在刺激期间以及刺激后对神经网络的效应,对于深入揭示DBS的作用机制,评估刺激的安全性以及推广DBS的应用都具有重要意义。由于海马脑区与学习记忆和情绪调控等密切相关,是癫痫、阿尔茨海默症等疾病的DBS靶区;因此,本文以大鼠海马CA1区为研究对象,在其输入通路Schaffer侧支施加不同时长的100 Hz高频电刺激,利用微电极阵列技术在体记录CA1区电生理神经信号。以刺激前的基线值为参照,对比刺激期间响应及刺激后施加的测试脉冲所诱发的群峰电位(Populationspike,PS)的幅值、潜伏期以及兴奋性突触后电位等信息,研究不同时长模式的HFS在刺激结束后对于下游神经元群体延续效应,并分析其可能作用机制。本文的主要研究结果如下:(1)短促轴突高频刺激可以提高下游神经元的兴奋性短促HFS在刺激结束后会诱发痫样活动(后放电现象),特别是5 s短促HFS诱发的后放电现象可持续5 s以上,此时测试脉冲诱发的PS表现为多波,幅值显著大于基线值,潜伏期则显著小于基线值,兴奋性突触后电位斜率显著增加。这种兴奋性提高的现象可以持续20 min以上,可能是短促HFS引起突触可塑性增强的结果。而且,在3串1 s的高频刺激后,这种兴奋性增强效应可以持续1h以上。(2)5 s短促HFS会诱导扩散性抑制5 s短促高频刺激会显著提高下游神经元群体兴奋性水平,甚至会诱发扩散性抑制(Spreading depression,SD)现象。SD波形首先出现在海马CA1区锥体神经元顶树突层,然后传播到胞体层。在短促HFS诱发SD时,神经元的动作电位发放停止。3～5min后,才逐渐出现单元动作电位(即锋电位)活动。10min后,测试脉冲诱发的PS才恢复到基线水平。(3)持续的长时间HFS可削弱短促刺激引发的过兴奋效果,改变刺激前期产生的神经网络效应在持续2 min的HFS刺激结束时,不再跟随后放电现象,反而出现数十秒无锋电位发放的静息期。刺激结束后的初期(5～6 min),测试脉冲诱发的PS幅值减小,潜伏期增加;随后,PS幅值和潜伏期逐渐恢复到基线水平。此外,在刺激结束30 min后施加的输入-输出(Input-Output,I/O)测试结果表明,2 min刺激后I/O的PS幅值和潜伏期与刺激前无显著差异,而5 s短促刺激后I/O响应的PS幅值比相应的2 min刺激后的PS幅值要大,PS潜伏期却比相应的2 min刺激后的PS潜伏期要小。这些结果表明,短促HFS会对下游神经元产生较为持久的兴奋作用,甚至会出现扩散性抑制现象;而持续长刺激可以削弱短促刺激引发的过兴奋效果,改变刺激前期对下游神经元群体产生的神经网络效应。由于长刺激的前期包含了短促刺激,其机制可能是持续的长时间HFS产生轴突传导阻滞,降低了神经回路上刺激对于轴突末梢、突触连接和突触后神经元的兴奋作用,进而改变HFS前期的作用。总之,本文采用在体动物研究方法,考察了不同时长轴突HFS对于下游神经元群体的刺激后效应,结果表明延长的HFS可以扭转HFS前期所形成的持续长久的刺激后兴奋增强效应,从而使得下游神经元的活动迅速恢复到刺激前的状态。由此可见,足够长时间的持续HFS可能是DBS具有较好的可逆性的前提条件。本研究对于揭示DBS作用的新机制,促进DBS在临床上的安全应用具有重要意义。