有頭吳腦說行為，大家好，我是吳文遠(yuǎn)。
海馬腦區(qū)是大腦中參與學(xué)習(xí)記憶過程、調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的重要組成部分，海馬齒狀回在空間行為中起著至關(guān)重要的作用。重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（repeated transcranial magnetic stimulation，RTMS）是一種應(yīng)用在認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的非侵入性、無創(chuàng)的大腦刺激與調(diào)控技術(shù)。大量文獻(xiàn)報(bào)道，重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可以重塑神經(jīng)連接和誘導(dǎo)神經(jīng)可塑性，以及提高神經(jīng)元興奮性和改善認(rèn)知功能等。但經(jīng)顱磁刺激的具體作用機(jī)制尚不明確。本文的主要目的是研究在昆明小鼠大腦自然老化過程中，高頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激對(duì)其認(rèn)知功能與神經(jīng)興奮性的影響。
1材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
研究采用不同年齡段昆明小鼠，每個(gè)年齡段小鼠按照是否接受刺激分為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組。刺激結(jié)束后進(jìn)行新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)。圖1為實(shí)驗(yàn)流程。
圖1：實(shí)驗(yàn)流程
1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組
實(shí)驗(yàn)所需的青年小鼠（2月齡）、成年小鼠（9月齡）、老年小鼠（14月齡）各12只。飼養(yǎng)小鼠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度維持在（25±1）℃，濕度維持在50%～60%，給予小鼠充足的食物與水，12小時(shí)光照與黑暗交替循環(huán)。每個(gè)年齡段的小鼠被隨機(jī)分成兩組，即刺激組與對(duì)照組。
1.3 重復(fù)經(jīng)顱磁刺激實(shí)驗(yàn)
刺激組的實(shí)驗(yàn)參數(shù)采用高頻20Hz，刺激強(qiáng)度約為0.3T，每天1000個(gè)脈沖刺激，連續(xù)進(jìn)行15天。對(duì)照組小鼠接受偽刺激，將線圈翻轉(zhuǎn)垂直于小鼠頭部且離開一段距離，小鼠只能聽到刺激聲音而不接受刺激。刺激在每天上午8:00～10:00進(jìn)行。
1.4 新物體識(shí)別
新物體識(shí)別測(cè)試一共分為四個(gè)階段，即適應(yīng)期、訓(xùn)練期、測(cè)試Ⅰ期與測(cè)試Ⅱ期。在適應(yīng)期，每只小鼠被單獨(dú)放入空置的新物體識(shí)別箱體中自由活動(dòng)20min。適應(yīng)期結(jié)束24h后進(jìn)行訓(xùn)練期測(cè)試，兩個(gè)相同的物體被平行且靠近箱體一側(cè)放置在箱體底部，每只小鼠被單獨(dú)放入箱體中自由探索10min。訓(xùn)練期結(jié)束1h后進(jìn)行測(cè)試Ⅰ期的實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)物體被一個(gè)形狀顏色不一但尺寸相當(dāng)?shù)男挛矬w替代，每只小鼠被單獨(dú)放入箱體中自由探索5min，并用攝像機(jī)跟蹤記錄。
新物體識(shí)別 型號(hào)XR-XX117 上海欣軟
測(cè)試Ⅰ期結(jié)束的24h之后進(jìn)行測(cè)試Ⅱ期的實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)舊物體被另一個(gè)形狀顏色不一但尺寸相當(dāng)?shù)男挛矬w替代，每只小鼠被單獨(dú)放入箱體中自由探索5min，并用攝像機(jī)跟蹤記錄。在不同的實(shí)驗(yàn)階段和每兩只小鼠任務(wù)之間，箱體與物體都要用70%的酒精擦拭，避免動(dòng)物遺留氣味對(duì)自由探索行為造成干擾。新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程見圖2。
測(cè)試Ⅰ期與測(cè)試Ⅱ期的小鼠行為被跟蹤記錄，并據(jù)此單獨(dú)分析每只小鼠探索新物體的時(shí)間和T1與探索舊物體的時(shí)間和T2，計(jì)算得到測(cè)試Ⅰ期與測(cè)試Ⅱ期的認(rèn)知指數(shù)CI(1h)與CI(24h)。認(rèn)知指數(shù)計(jì)算公式為CI=T1/(T1+T2)。
圖 2 新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)流程圖
1.5 數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析
數(shù)據(jù)分析采用Two-way ANOVA分析方法，年齡與治療方式（有無磁刺激）作為兩個(gè)主因素。事后分析即組別之間的多重比較采用Bonferroni-test矯正下的成對(duì)t檢驗(yàn)分析方法。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的方式呈現(xiàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為0.05。
2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果
新物體識(shí)別如圖3a所示，對(duì)測(cè)試Ⅰ期認(rèn)知指數(shù)的分析表明，年齡（F(2,30)=8.858，P<0.001）與治療方式（F(1,30)=10.73，P<0.01）均表現(xiàn)出了顯著的主因素效應(yīng)，且年齡與治療方式表現(xiàn)出了顯著的交互效應(yīng)（F(2,30)=7.536，P<0.01）。事后分析結(jié)果表明，老年對(duì)照組的測(cè)試Ⅰ期認(rèn)知指數(shù)顯著低于青年對(duì)照組與成年對(duì)照組，老年刺激組的測(cè)試Ⅰ期認(rèn)知指數(shù)顯著高于老年對(duì)照組。
如圖3b所示，對(duì)測(cè)試Ⅱ期認(rèn)知指數(shù)的分析表明，年齡（F(2,30)=0.9518，P=0.3974）沒有表現(xiàn)出顯著的主因素效應(yīng)，治療方式（F(1,30)=4.267，P<0.05）表現(xiàn)出了顯著的主因素效應(yīng)，年齡與治療方式表現(xiàn)出了顯著的交互效應(yīng)（F(2,30)=24.34，P<0.001）。事后分析結(jié)果表明，老年刺激組的測(cè)試Ⅱ期認(rèn)知指數(shù)顯著高于老年對(duì)照組。新物體識(shí)別數(shù)據(jù)分析的結(jié)果表明，小鼠在大腦自然老化的過程中，其與空間記憶相關(guān)的認(rèn)知能力是逐漸衰退的，高頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可以顯著改善年齡老化引起的認(rèn)知能力的損傷。從對(duì)照組測(cè)試Ⅰ期與Ⅱ期認(rèn)知指數(shù)的整體分布來看，Ⅰ期認(rèn)知指數(shù)明顯高于Ⅱ期認(rèn)知指數(shù)，或可暗示小鼠在空間記憶相關(guān)的行為任務(wù)中短期記憶能力比長期記憶能力更強(qiáng)。
圖3 新物體識(shí)別認(rèn)知指數(shù)
3討論
基于嚙齒類動(dòng)物對(duì)新事物自主探索的天性，新物體識(shí)別測(cè)試被用來獲取與空間記憶相關(guān)的信息。這種類型的測(cè)試可以用來研究海馬在空間和工作記憶水平甚至是在認(rèn)知形成過程中的功能。本研究進(jìn)行了短期與長期的學(xué)習(xí)記憶和空間探索能力的測(cè)試，結(jié)果顯示老化伴隨認(rèn)知衰退，而高頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可以顯著緩解老年小鼠的這一認(rèn)知損傷。
上海欣軟是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的的高新技術(shù)企業(yè)，是專業(yè)的動(dòng)物行為視頻分析方案解決商。我司專注于動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)產(chǎn)品的研究且致力于向高校、科研機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域提供實(shí)驗(yàn)室一體化方案，業(yè)務(wù)范圍遍布全國上百家實(shí)驗(yàn)室。公司主營產(chǎn)品均為自主開發(fā), 擁有100%核心技術(shù)，同時(shí)公司擁有數(shù)位動(dòng)物行為學(xué)儀器行業(yè)從事10年以上的資深服務(wù)工程師，可為我們的產(chǎn)品提供全方案的售前及售后服務(wù)。我司開發(fā)的儀器設(shè)備都是科學(xué)研究所必備且不可替代的。
動(dòng)物行為分析軟件：
1、VisuTrack軟件2、SuperMaze軟件3、FishTrack斑馬魚分析軟件
動(dòng)物行為儀器：
1、自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射（PPI）、跑步機(jī)、各類經(jīng)典迷宮等2、動(dòng)物抓撓分析儀、動(dòng)物震顫行為分析儀、動(dòng)物捕食行為分析儀3、動(dòng)物主動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物被動(dòng)步態(tài)分析、動(dòng)物自由步態(tài)分析（內(nèi)測(cè)中）4、睡眠剝奪儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉(zhuǎn)棒疲勞儀、鼠尾光照測(cè)痛儀等
神經(jīng)電生理：
1、光遺傳、無線光遺傳2、光纖記錄系統(tǒng)（單通道、多通道）3、電生理信號(hào)采集系統(tǒng)（腦電、肌電等）
