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1、生命科学学院 2009021166 光奎 15106999312 guangkui159 山东师范大学硕士学位论文 ii 单位代码 10445 学 号 2009021166 分 类 号 Q426 研究生类别 全日制硕士全日制硕士 硕 士 学 位 论 文 论文题目: 帕金森病大鼠运动皮层及丘脑底核 放电模式的研究 学科专业名称 动物学 申 请 人 姓 名 光 奎 导 师 姓 名 王 敏 教授 论文提交时间 2012 年 6 月 6 日 独独 创创 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他
2、人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 (注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 导师签字： 学位论文学位论文版权使用授权书版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校学校 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 学校学校 可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书
3、) 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期：2012 年 6 月 日 签字日期：2012 年 6 月 日 山东师范大学硕士学位论文 i 目 录 摘 要 . I Abstract III 主要仪器与药品 V 符号说明 VI 文献综述 1 第一章 帕金森病研究现状 1 1.1 临床表现 . 1 1.2 病理变化 . 2 1.3 治疗手段 . 3 1.4 脑深部刺激术 4 1.5 PD 动物模型 . 6 1.5.1 6-OHDA 模型 . 6 1.5.2 MPTP 模型 . 7 1.5.3 Fe3+模型 8 1.5.4 机械损伤模型 8 1.5.5 基因工程模型 8 1.5.6 病毒感染模型 9
4、第二章 PD 相关解剖学基础 10 2.1 基底节 10 2.2 丘脑底核 12 2.3 大脑皮层 14 2.4 初级运动皮层 16 2.5 局部场电位 17 2.5.1 LFPs 分析方法 . 17 实验研究 19 第三章 PD 大鼠 STN 及 M1 LFPs 的研究 . 19 山东师范大学硕士学位论文 ii 3.1 材料与方法 . 19 3.1.1 实验动物及训练 . 19 3.1.2 动物模型的建立与测试 20 3.1.3 LFPs 的采集 22 3.1.4 组织学鉴定 . 26 3.1.5 LFPs 分析 27 3.2 实验结果 . 28 3.2.1 行为学测试结果 . 28 3.2
5、.2 组织学鉴定结果 . 28 3.2.3 LFPs 分析结果 31 3.3 讨论 . 41 总 结 . 45 参考文献 . 46 攻读硕士期间发表的论文 . 53 致 谢 . 54 山东师范大学硕士学位论文 I 摘 要 帕金森病大鼠运动皮层及丘脑底核放电模式的研究 脑深部刺激术（Deep Brain Stimulation, DBS）是利用电刺激神经核团治疗帕金森病 （Parkinsons Disease, PD）的一种有效手段。丘脑底核（Subthalamic Nucleus, STN）是 DBS 的首 选靶点，高频电刺激 STN 改善了包括静止性震颤在内的 PD 的所有症状，但目前其潜在
6、的治疗机 制尚不明确。 本课题利用 6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine, 6-OHDA）建立 PD 大鼠模型后，在 PD 大鼠 和正常大鼠脑内植入微电极采集 STN 以及初级运动皮层（Primary Motor Cortex, M1)在不同状态 下的局部场电位（Local Field Potentials, LFPs） 。之后使用 Matlab 和 SPSS 软件对 LFPs 进行分析 处理。通过揭示 PD 病理状态下 STN 和 M1 的放电模式以及两者相关性的变化规律，以期为阐明 STN DBS 的治疗机制奠定理论基础。 本课题采用立体定位技术将 6-OHDA 注射至黑质致
7、密部（Substantia Nigra Pars Compacta, SNc）和中脑腹侧被盖区建立 PD 大鼠模型，使用阿朴吗啡对模型动物进行测试，其成功率可达 65%。对造模成功的大鼠中脑冠状切片进行观察，发现 SNc 中多巴胺能神经元损毁明显，其组织 学变化与原发性 PD 的病理特征相类似。 麻醉状态下 PD 大鼠 STN LFPs 表现出高振幅、簇状放电增多的波形特征。频谱分析显示与 正常大鼠相比，PD 大鼠 STN LFPs 的整体频率明显增大；功率谱密度分析显示 PD 大鼠 STN 的 高频（特别是 1530Hz 范围内）LFPs 产生更大的功率值；时频分析也显示 PD 大鼠 STN
8、 LFPs 释 放出更多的能量。以上分析结果均表明麻醉状态下 PD 大鼠的 STN 放电活动异常兴奋。 清醒运动状态下两组大鼠的 M1 LFPs 的波形呈现出规律性变化。整个抓食行为过程中的 M1 LFPs 可以分解为四个时期，即“抓食前期” 、 “计划期” 、 “抓食期”和“完成期” 。不同的时期内 M1 LFPs 表现出不同的波形特征。提取两组大鼠“抓食期”内的 M1 LFPs 进行频谱分析，发现 PD 大鼠 M1 LFPs 的整体频率明显增大。功率谱密度分析显示， “抓食期”内 PD 大鼠 M1 在 30100Hz 范围内的高频 LFPs 的功率要明显高于正常大鼠。时频分析显示在“抓食期
9、”内 PD 大 山东师范大学硕士学位论文 II 鼠的 M1 放电能量明显增大。以上结果表明 M1 的电活动变化与动物的行为关系密切，在 PD 病 理状态下 M1 的电活动异常兴奋。 对同步记录的 STN 和 M1 LFPs 进行互相关分析和相位分析均显示， 不同状态下 PD 大鼠 STN 和 M1 LFPs 之间的相关性均小于正常大鼠， 表明在 PD 病理状态下 STN 和 M1 之间的神经通路受 到了一定程度的破坏。麻醉状态下 PD 大鼠两脑区电活动之间的相关性显著降低，可能是由 STN 电活动过度，而 M1 电活动较少导致的结果。M1 LFPs 在发生时间上要滞后于 STN LFPs，ST
10、N 诱导了 M1 电活动的变化，提示 M1 受到 STN 一定程度的反馈调控。 结论：两点注射 6-OHDA 是建立 PD 大鼠模型的一种理想方法；麻醉状态下 PD 大鼠的 STN 电活动异常兴奋；清醒运动状态下 M1 LFPs 波形特征随动物运动变化明显，且病理状态下表现为 异常兴奋；STN 诱导了 M1 电活动的改变，这种作用在 PD 病理状态下有所减弱。 关键词：帕金森病；丘脑底核；初级运动皮层；微电极；细胞外放电；局部场电位 山东师范大学硕士学位论文 III Abstract Study for discharge pattern of the motor cortex and sub
11、thalamic nucleus in Parkinsons disease rats Deep brain stimulation（DBS）represents an effective technique for the treatment of Parkinsons disease（PD）by electrical stimulating specific nucleuses. Subthalamic nucleus（STN）is the preferred target of DBS, high-frequency stimulation of this nucleus improve
12、s all cardinal features of PD, including resting tremor. However, the underlying therapeutic mechanisms remain undefined. PD rat model was induced by 6-hydroxydopamine（6-OHDA） in this study. The microelectrodes were implanted to record local field potentials （LFPs） in STN and primary motor cortex （M
13、1） of PD and normal rats in different states. Then LFPs was imported into Matlab and SPSS to be analysisprocessed. By revealing the changing regularities of discharge pattern in STN and M1 and their relevance in PD rats, this study is to provide theories for clarifying therapeutic mechanism of STN D
14、BS. PD rat model was constructed by stereotaxic injecting 6-OHDA into substantia nigra pars compacta （SNc） and ventral tegmental area in this study. The success rate of this method could reach up to 65% induced by Apomorphine. Coronal sections of midbrain in PD rats showed that there were a great qu
15、antity of apoptotic dopaminergic neurons in SNc, just like the histologic characteristics of primary PD. High amplitude and a number of areatus discharges were the main wave characteristics of LFPs in STN of anaesthetic PD rats. Spectral decomposition showed the whole frequency of LFPs in STN of PD
16、rats was higher than that of normal rats. Power spectral density analysis showed the power of high frequency （especially at 15 Hz to 30 Hz） LFPs in STN of PD rats was increased. More energy could be observed in spectrogram of LFPs in STN of PD rats. All the results above suggest that the electrical activity of STN is erethism in PD rats in anaesthetic state. The wave pattern of LFPs in M1 of two groups changed regularly in motorial state.
