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引用本文:   張禹, 徐聲偉, 何恩慧, 肖桂花, 宋軼琳, 高飛, 王蜜霞, 蔡新霞. 神經電調控-雙模信號檢測系統與活體大鼠腦深部核團實驗驗證. 分析化學, 2019, 47(10): 1703-1709. doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191312 [復制]

Citation:   ZHANG Yu , XU Sheng-Wei , HE En-Hui , XIAO Gui-Hua , SONG Yi-Lin , GAO Fei , WANG Mi-Xia , CAI Xin-Xia . Neural Electrostimulation-Detection System and Experimental Validation of Deep Brain Nuclei in Vivo. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2019, 47(10): 1703-1709. doi: 10.19756/j.issn.0253-3820.191312 [復制]

神經電調控-雙模信號檢測系統與活體大鼠腦深部核團實驗驗證

通訊作者:  蔡新霞, [email protected]

收稿日期: 2019-05-30

基金項目: 本文系國家納米科技重點研發計劃(No.2017YFA0205902)、國家自然科學基金項目(Nos.61527815,61601435,61775216,61771452)和中國科學院前沿科學重點研究項目(No.QYZDJ-SSW-SYS015)資助

Neural Electrostimulation-Detection System and Experimental Validation of Deep Brain Nuclei in Vivo

Corresponding author:  CAI Xin-Xia , [email protected]

Received Date:  2019-05-30

Fund Project:  This work was supproted by the National Key R&D Program of Nano Science and Technology of China (No. 2017YFA0205902), the National Natural Science Foundation of China (Nos. 61527815, 61601435, 61775216, 61771452), and the Key Research Programs (No. QYZDJ-SSW-SYS015) of Frontier Sciences, Chinese Academy of Sciences.

深腦核團電刺激(DBS)已成為改善帕金森病人運動障礙的有效治療手段,然而其確切的治療機制仍然不明。目前,DBS機制探究系統多由電刺激儀器和信號檢測儀器兩部分構成,多臺實驗設備的長期開啟易產生操作程序復雜、環境噪聲增多和資源浪費等問題。本研究建立了一套綜合性實驗系統,包括將電刺激功能與神經雙模信號檢測功能集成的神經電調控-雙模信號檢測儀器和基于微機電加工技術制備的微電極陣列(MEA)。在體實驗前,對經納米鉑黑和Nafion膜修飾的MEA進行體外標定。實驗結果表明,1~50 μmol/L多巴胺(DA)溶液與修飾后的電極表面氧化電流值呈良好的線性關系,線性相關系數為0.998。隨后,設計并進行了以前腦內側束為電刺激靶點,紋狀體為神經信息檢測核團的活體大鼠實驗。實驗結果表明,紋狀體內DA濃度在刺激后迅速上升,最高達2.06 μmol/L,約為刺激前水平的1.57倍;神經元動作電位發放率增加,由刺激前的1.17 Hz上升至6.77 Hz;場電位活動增強,功率由刺激前的0.19 mW上升至0.64 mW。本研究設計并制備的神經電調控-雙模信號檢測系統實現了電刺激與雙模信號檢測的功能集成,有望為DBS治療機制的探究提供有效實驗工具。

關鍵詞:   深腦核團電刺激, 微電極陣列, 多巴胺, 神經電生理信號, 神經遞質
Key words:   Deep brain stimulation, Microelectrode arrays, Dopamine, Neuro-electrophysiological signal, Neurotransmitters
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神經電調控-雙模信號檢測系統與活體大鼠腦深部核團實驗驗證

張禹, 徐聲偉, 何恩慧, 肖桂花, 宋軼琳, 高飛, 王蜜霞, 蔡新霞

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