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研究目的尽管传统的非侵入性经颅电刺激,已被证明可调节大脑神经元兴奋性,实现治疗运动障碍、增强运动能力如增加肌肉力量、肌肉爆发力、肌肉耐力以及促进运动技能学习等作用。但由于传统的经颅电刺激属于泛刺激,很难精准刺激到负责运动执行与调控的大脑特定区域以及深部核团。为此,兼具无创和聚焦深部脑区的相位干涉电场（temporal interference electrical fields,TI）刺激,自2017年被报道后就受到广泛关注。TI刺激是非侵入脑刺激,它使用两组高频且差异较小的正弦交流电（如2000Hz和2010Hz）施加于头部的不同位置,两组电流会在深部脑区形成一个有频率差值的包络波,而低频包络波可激活神经元。TI刺激通过改变电极放置位置、电流强度和频率可精准聚焦到深部脑区,而不会影响附近脑区和皮层部位的兴奋性,为精准调控大脑深部核团提供了可能,也为TI刺激在运动科学领域的应用提供了前景。然而,有关TI刺激对运动能力影响的研究尚未见报道。研究发现PI3K/AKT信号通路在介导突触传递、突触可塑性、神经发生以及神经损伤后修复等过程发挥重要作用。为明确TI刺激在提高运动能力等方面的作用及可能机制,我们给与小鼠连续7天的TI刺激（每天一次,每次10 min）,分别刺激了与运动能力密切相关的初级运动皮层（primary motor cortex,M1）深层和纹状体,检测TI刺激对运动能力是否有增强作用及其可能机制,包括对突触可塑性和神经兴奋性的影响及BDNF-PI3K/AKT信号通路在其中的作用。该研究为TI无创深部脑刺激提高运动能力提供实验依据,并提供一个新的提高运动能力的无创深部脑刺激方法。研究方法第一部分实验,选取7周龄雄性C57BL/6J小鼠,随机分为初级运动皮层假刺激组（M-Sham组）、初级运动皮层TI刺激?f=10Hz组（M-10Hz组）、初级运动皮层TI刺激?f=20Hz组（M-20Hz组）,以及纹状体假刺激组（Str-Sham组）、纹状体TI刺激?f=10Hz组（Str-10Hz组）、纹状体TI刺激?f=20Hz组（Str-20Hz组）。TI刺激过程中,通过小鼠前肢运动频率验证TI刺激有效性。刺激后,检测全脑区的c-fos表达以验证TI刺激精准性,以及HE染色和尼氏染色验证TI刺激安全性。小鼠运动能力（如力量、平衡、耐力、协调等）的检测指标,包括前肢抓握力测试、旋转杆平衡测试、爬杆测试、悬挂测试评估运动能力。在明确TI刺激调控小鼠运动能力后,为明确其作用机制,我们做了以下实验:（1）用膜片钳记录M1区、纹状体脑区的场电位;（2）光纤记录小鼠M1区、纹状体Ca2+活动、神经递质释放情况;（3）稀疏标记神经元微结构树突棘密度;（4）Wsetern blot检测突触相关蛋白PSD-95、Glu A1、Glu N2B、BDNF、CREB的表达和磷酸化,以及PI3K与ERK信号通路相关蛋白的磷酸化。第二部分实验,为明确PI3K在TI刺激M1区和纹状体提高小鼠运动能力的作用,我们给TI刺激小鼠（选择作用效果更好的?f=20Hz差频）脑区注射PI3K抑制剂后,再研究小鼠运动能力及其机制。为此,选取7周龄雄性C57BL/6J小鼠,随机分为M-Sham组、M-20Hz组、LY-M-20Hz组（PI3K抑制剂+初级运动皮层TI刺激组）,以及Str-Sham组、Str-20Hz组、LY-Str-20Hz组（PI3K抑制剂+纹状体TI刺激组）。TI刺激干预后,检测小鼠运动能力及可能机制的相关指标（检测指标同第一部分）。研究结果第一部分研究结果:1.TI刺激可使M1区深层或纹状体神经元c-fos表达显著升高（p＜0.05）,对浅表皮层或其他脑区没影响,而且HE和尼氏染色显示没有造成神经元损伤。2.连续7 d、每次10 min的TI刺激（?f:10Hz,20Hz）可明显提高小鼠力量、平衡、耐力、协调等运动能力（p＜0.05）,且以?f=20Hz对运动能力的增强作用更强;此外,刺激M1区和纹状体,其增强运动能力的作用有差异。3.连续7 d的TI刺激可增强突触连接强度,提高突触传递效率,增加树突棘密度,促进钙信号以及M1区谷氨酸和纹状体多巴胺的释放（p＜0.05）。4.连续7 d的TI刺激可增加突触相关蛋白PSD-95和BDNF的表达,Glu A1、Glu N2B、CREB的磷酸化,以及PI3K与ERK信号通路相关蛋白的磷酸化（p＜0.05）。第二部分研究结果:1.相较于TI刺激组,PI3K抑制剂+TI刺激组小鼠显著降低了小鼠因TI刺激增强的运动能力（p＜0.05）。2.相较于TI刺激组,PI3K抑制剂+TI刺激组小鼠f EPSP刺激强度-反应曲线斜率减小,f EPSP幅值降低;树突棘密度降低（p＜0.05）。3.相较于TI刺激组,PI3K抑制剂+TI刺激组小鼠突触相关蛋白PSD-95和BDNF表达降低,Glu A1、Glu N2B、CREB磷酸化水平降低,并且降低了AKT和m TOR蛋白磷酸化（p＜0.05）。研究结论1.TI刺激可成功聚焦小鼠深部脑区,且没有造成神经元损伤。2.连续7天的TI刺激（每天一次、每次10 min）可增强小鼠力量、平衡、耐力、协调等运动能力,且增强效果与TI刺激的差频?f有关。3.连续7的TI刺激（每天一次、每次10 min）增强小鼠运动能力的作用,与其增强突触连接强度、提高突触传递效率,增加树突棘密度,促进神经递质释放,以及增加突触相关蛋白的表达和活性有关。4.PI3K/AKT信号通路及其上游的BDNF在TI刺激增强小鼠运动能力过程中发挥重要作用,该作用是通过增加突触相关蛋白进而增加突触可塑性实现的。