摘要
经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）技术作为一种无创的神经系统调控技术，在探索大脑认知功能以及神经精神类疾病的临床领域获得了广泛的关注和应用。工作记忆是大脑认知功能的基础，目前的研究表明重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）和间歇性θ节律刺激（intermittent theta burst stimulation，iTBS）可以改善工作记忆障碍，但其对神经系统的调控机制尚不明确。本文结合行为学和电生理学，应用rTMS和iTBS作用于老年大鼠模型，采用在体多通道神经信号记录手段，同步获取T迷宫工作记忆实验中大鼠前额叶和海马的局部场电位（Local field potentials，LFPs），从神经振荡和脑因果网络的角度，研究不同模式TMS对大鼠工作记忆行为学的影响以及前额叶和海马内以及脑区之间信息协同作用的影响。本文主要研究内容如下： 1、不同模式TMS对老年大鼠工作记忆影响的行为学研究。将老年Wistar大鼠作为研究对象，利用rTMS和iTBS两种模式的TMS进行模型组的制备。采用T迷宫作为工作记忆行为学实验范式，对比分析了四组大鼠行为学正确率和学会工作记忆任务所需天数，研究了不同模式TMS对大鼠工作记忆的影响。结果发现：相比于成年对照组，老年对照组的平均正确率有所下降，学会工作记忆任务所需时间增加，而rTMS和iTBS均可以显著提高老年大鼠行为学的平均正确率，并缩短其学会工作记忆任务所需的时间。 2、不同模式TMS调节老年大鼠LFPs时频能量的研究。基于短时傅里叶变换，对比分析了四组大鼠前额叶和海马内θ频段和γ频段信号的时频能量。结果发现：相比于成年对照组，老年对照组前额叶和海马θ频段和γ频段的能量均有所下降，而rTMS和iTBS可以提高老年大鼠工作记忆中前额叶和海马θ频段和γ频段的能量，增强工作记忆相关神经电活动，进而改善老年大鼠的工作记忆能力。 3、不同模式TMS调控老年大鼠单脑区因果网络效应的研究。基于格兰杰因果关系，分别构建四组大鼠θ频段和γ频段前额叶因果网络与海马因果网络，并对比分析其网络连接特性。结果发现：相比于成年对照组，老年对照组前额叶和海马θ频段和γ频段的因果连接强度、连接密度和全局效率均有所下降，而rTMS和iTBS可以提高老年大鼠前额叶和海马θ频段和γ频段的因果连接强度、连接密度和全局效率，增强老年大鼠前额叶和海马脑区内的信息传递，并且相比于rTMS，iTBS可以更有效地提高老年大鼠前额叶和海马γ频段的因果连接特性。 4、不同模式TMS干预老年大鼠跨脑区网络协同作用研究。基于典型相关分析，计算前额叶网络和海马网络之间的典型相关性，并且利用格兰杰因果关系构建四组大鼠θ频段和γ频段海马-前额叶双向因果网络，对比分析其信息流特征和因果流向。结果发现：大鼠学会工作记忆任务后，四组大鼠在θ频段的信息流均表现为海马流出，前额叶流入，在γ频段的信息流表现为前额叶流出，海马流入，相比于成年对照组，老年对照组前额叶网络和海马网络之间的典型相关性减弱，并且前额叶和海马之间θ频段和γ频段的因果流向降低；rTMS和iTBS可以增强老年大鼠前额叶网络和海马网络之间的典型相关性以及前额叶和海马之间θ频段和γ频段的信息流峰值和因果流向，从而增强老年大鼠前额叶和海马之间的网络协同作用，进而改善其工作记忆能力。并且相比于rTMS，iTBS可以更有效地提高老年大鼠前额叶和海马之间γ频段的信息流向。
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