【摘要】：經(jīng)顱磁聲刺激(transcranial magneto-acoustical stimulation,TMAS)是一種能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)活動的腦刺激技術(shù),它利用超聲和靜磁場共同作用在神經(jīng)組織或組織液中產(chǎn)生的電流來實現(xiàn)對神經(jīng)元的調(diào)節(jié)。它具有高空間分辨率和良好穿透深度的優(yōu)點,但其對神經(jīng)元的影響目前還不確定。因此,對經(jīng)顱磁聲刺激的研究具有重要的意義。本文分為理論研究和實驗研究兩部分內(nèi)容,理論方面主要是在TMAS的基礎(chǔ)上研究了不同模型下的放電頻率適應(yīng)性或是放電節(jié)律;實驗方面主要是研究了經(jīng)顱超聲刺激(transcranial ultrasound stimulation,TUS)下腦血氧代謝的情況。首先是基于Ermentrout神經(jīng)元模型研究了在TMAS下磁場強(qiáng)度、超聲強(qiáng)度、超聲頻率、占空比以及調(diào)制頻率對神經(jīng)元放電頻率適應(yīng)性的影響作用。研究結(jié)果有助于揭示TMAS對神經(jīng)元放電頻率適應(yīng)性的作用機(jī)制,為其在神經(jīng)精神疾病方面的治療提供理論依據(jù)。其次是基于Averaged-Hodgkin-Huxley(AHH)神經(jīng)元模型研究了在TMAS下幅值頻率比與電流密度對神經(jīng)元膜電勢幅值、膜電勢峰峰間期以及膜電勢發(fā)放率等放電節(jié)律的調(diào)控作用。研究結(jié)果表明了TMAS對神經(jīng)元放電節(jié)律的影響作用,有助于TMAS在神經(jīng)疾病治療和康復(fù)方面的探索應(yīng)用。最后,研究了TUS下腦血氧代謝情況。其研究的目的是為了評估低強(qiáng)度TUS對腦血氧代謝活動的影響。低強(qiáng)度TUS應(yīng)用于調(diào)節(jié)老鼠運動皮層進(jìn)而導(dǎo)致面部肌肉的收縮以及胡須的抖動,同時內(nèi)源信號光學(xué)成像監(jiān)測缺氧血紅蛋白的變化。實驗結(jié)果表明TUS導(dǎo)致了缺氧血紅蛋白的下降,在刺激2.6秒之后達(dá)到峰值隨后恢復(fù)到基準(zhǔn)狀態(tài)。此外,還發(fā)現(xiàn)了組織區(qū)域的缺氧血紅蛋白的峰值明顯低于靜脈區(qū)域。這些結(jié)論表明低強(qiáng)度TUS能夠引起腦血氧代謝的變化,潛在地解釋了TUS敏感性的變化。上述研究成果揭示了經(jīng)顱磁聲刺激以及經(jīng)顱超聲刺激在生物神經(jīng)系統(tǒng)中的作用機(jī)制,為神經(jīng)類疾病的治療提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R338
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 放電節(jié)律分析理論基礎(chǔ)2.1 經(jīng)顱磁聲刺激的原理超聲和磁場在神經(jīng)組織中共同作用進(jìn)而產(chǎn)生霍爾效應(yīng)[54]。經(jīng)顱磁聲刺激的物理原理是神經(jīng)組織中的離子在超聲波的作用下發(fā)生振動，由于靜磁場與帶電離子的運動方向垂直，所以在組織中的帶電離子間產(chǎn)生洛倫茲力[55]，產(chǎn)生的洛倫茲力把正負(fù)離子帶往相反的方向，從而形成電流刺激神經(jīng)元。在我們的研究中，使用笛卡爾坐標(biāo)系。我們假設(shè)，在腦組織中，超聲壓力波沿著 z 軸傳播，靜磁場沿著 x 軸，電流密度沿著 y 軸。超聲和磁場在神經(jīng)組織內(nèi)產(chǎn)生電流的原理示意圖如圖 2-1 所示。

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的放電頻率適應(yīng)性以及放電節(jié)律等特點。在 MATLAB 中完成超聲波的調(diào)制是進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真的基礎(chǔ)。我們針對形式為正弦的超聲波進(jìn)行了相關(guān)的仿真和驗證。如圖 2-2a)與圖 2-2b)我們分析了sin(2π f )與偏振后sin(2π f ) 1兩種不同的超聲波。如圖 2-2c)到圖 2-2f)，在同一神經(jīng)元模型及刺激強(qiáng)度下，無偏振超聲波對鈉電流與跨膜電壓沒有明顯的影響；而偏置后的超聲波對鈉電流和跨膜電壓有了顯著的影響，產(chǎn)生相應(yīng)的動作電位。

第 2 章 放電節(jié)律分析理論基礎(chǔ)關(guān)閉，這之間的時間間隔只有大約5 510 7 10 2 s，在如此短的時間內(nèi)，鈉離并不能被激活，也就不能實現(xiàn)動作電位的發(fā)放。但是設(shè)定超聲波的波形是偏正弦波 sin(2πf)+1 后，會得到無負(fù)相位的磁聲刺激電流，這樣就有了足夠的時鈉離子通道被激活，產(chǎn)生離子濃度的變化，進(jìn)而產(chǎn)生動作電位。對此表明了的超聲波的有效性。

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本文編號：2747096