電磁場調(diào)控大鼠自發(fā)行為及海馬CA1區(qū)神經(jīng)電生理機(jī)制研究.pdf

1、現(xiàn)代生活中，人們的生活環(huán)境面臨著越來越多的極低頻電磁場暴露，如日常照明燈、電視機(jī)、電腦以及自然地磁環(huán)境中等均可產(chǎn)生極低頻電磁輻射。外界極低頻電磁場對生物體的影響效應(yīng)是產(chǎn)生多種多樣的，而中樞神經(jīng)系統(tǒng)是電磁敏感的主要器官之一，外界電磁場對其影響逐漸引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。流行病學(xué)研究表明人群電磁場暴露與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生或心理情緒狀態(tài)的改變之間存在一定的相關(guān)性。近年來，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)電磁場暴露對某些中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有一定的輔助性治療

2、作用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)有特征性的腦電活動機(jī)制，神經(jīng)元細(xì)胞膜表面的離子通道（Na+、K+和Ca2+）的流動形成了跨膜電位，神經(jīng)細(xì)胞膜電位的極化或者超極化狀態(tài)可以產(chǎn)生膜電位脈沖，從而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞之間的不同電活動形式。大腦內(nèi)的電活動形式主要包括δ、α、θ和β四種主要低頻腦電震蕩節(jié)律。不同節(jié)律的腦電震蕩反映著不同的腦神經(jīng)功能狀態(tài)和機(jī)體的行為學(xué)、認(rèn)知功能、記憶乃至思維狀態(tài)。已有研究表明，外加電磁場對中樞神經(jīng)系統(tǒng)腦電活動產(chǎn)生了顯著的生物學(xué)和行為

3、學(xué)效應(yīng)，例如頭暈、記憶力減退、睡眠質(zhì)量差等，但是相關(guān)機(jī)制尚不完全明確。因此，明確電磁場對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的效應(yīng)及相關(guān)調(diào)控機(jī)制已成為神經(jīng)科學(xué)研究中的熱點(diǎn)，主要涉及兩個方面：一方面，電磁場對于機(jī)體健康的不利影響以及防護(hù)措施的研究；另一方面，電磁場也可以作為多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的輔助性治療方式，如精神分裂癥、腦退行性疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病的修復(fù)性治療等。
　　海馬是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中生理功能研究較為明確的核團(tuán)之一，是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者們普遍

4、采用的研究對象之一。本論文采用開放曠場實(shí)驗(yàn)研究接近于自身腦電頻率的外界極低頻電磁場暴露對大鼠自發(fā)行為狀態(tài)和情緒反應(yīng)的影響，并在體記錄海馬CA1區(qū)神經(jīng)電生理信號研究相應(yīng)的腦電活動規(guī)律，明確極低頻電磁場對生物體行為影響的潛在神經(jīng)電生理機(jī)制。
　　材料和方法：
　　1.行為學(xué)實(shí)驗(yàn)：將100只SD大鼠隨機(jī)均等的分為4個實(shí)驗(yàn)組和1個對照組，各組均為20只。實(shí)驗(yàn)組大鼠分別接受3、5、10和15Hz，場強(qiáng)為200、400和600V/m的電

5、磁場暴露，對照組無電磁場暴露。采用開放曠場實(shí)驗(yàn)（Open Field Test）觀察各組大鼠的自發(fā)活動度、探索行為和情緒等指標(biāo)。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用AVT Prosilica GT1290C攝像機(jī)和Norpix Streampix6.0軟件實(shí)時采集、壓縮并在硬盤保存以便離線分析。
　　2.行為學(xué)數(shù)據(jù)分析指標(biāo)：采用Noldus Ethovision XT9.0對錄制的行為學(xué)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。分別分析大鼠在開放曠場不同區(qū)域，包括周邊，

6、角落和中央?yún)^(qū)域的肢體運(yùn)動和靜止的持續(xù)時間、均值及區(qū)域轉(zhuǎn)移時間等指標(biāo)。在SPSS18.0版本中，采用多因素方差分析（MANOVA）對各組的行為學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，以P<0.05作為顯著性差異的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
　　3.神經(jīng)電生理實(shí)驗(yàn)：在10只SD大鼠腦海馬CA1區(qū)植入微陣列電極，待動物手術(shù)恢復(fù)3日后，將大鼠暴露于電磁場環(huán)境中進(jìn)行在體腦神經(jīng)電信號采集。神經(jīng)信號采集時，動物處于清醒自由活動狀態(tài)，采集時間共9分鐘，中間3分鐘接受電磁場暴露

7、，實(shí)驗(yàn)前和后3分鐘未接受電磁場環(huán)境暴露。
　　4.神經(jīng)電生理數(shù)據(jù)分析：對采集的神經(jīng)電信號進(jìn)行離線分析，Offline Sorter軟件對原始腦電信號進(jìn)行Spikes識別和分類；Neuron Explorer軟件對原始信號場電位進(jìn)行功率譜、Spike放電模式、自相關(guān)和互相關(guān)分析；在Matlab2013b軟件中，用小波提取法在原始信號中提取不同頻段信號波形，腦電信號累計平均算法提取可能的誘發(fā)電位。最后，在Origin繪圖軟件中對以上分

8、析結(jié)果進(jìn)行圖像處理和形成。
　　結(jié)果：
　　1.開放曠場行為學(xué)實(shí)驗(yàn)：在3Hz，600V/m的電磁場環(huán)境中，大鼠在曠場周邊和角落的不活動累積時間增加，與其他電磁場暴露組和對照組比較均具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。在10Hz，600V/m的電磁場環(huán)境中，大鼠在開放曠場周邊和角落的高度活動累積時間明顯高于其他電磁場暴露組和對照組，具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。所有實(shí)驗(yàn)組（3Hz、5Hz、10Hz和15Hz）大鼠在曠場中央?yún)^(qū)域的

9、靜止累積時間和活動累積時間均較對照組明顯增加（p＜0.05）。
　　2.神經(jīng)電生理實(shí)驗(yàn)：3Hz，600V/m電磁場暴露可以顯著性的降低大鼠海馬CA1區(qū)θ節(jié)律性腦電震蕩，主頻向δ頻段轉(zhuǎn)移。而在10Hz，600V/m電磁場暴露組中，θ節(jié)律震蕩的能量也減少，腦電能量集中在α和δ波段。而5Hz和15Hz電磁場暴露未對海馬CA1區(qū)腦電功率譜產(chǎn)生顯著性的影響。10Hz，600V/m電磁場暴露可以使θ波的振幅減小。3Hz和10Hz電磁場暴露可以

10、使大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)元Spike放電減少，較非暴露時間具有統(tǒng)計學(xué)差異（p＜0.05）。而5Hz和15Hz電磁場暴露可以使Spike放電的數(shù)目增加，但無統(tǒng)計學(xué)差異（p＜0.05）。在海馬CA1區(qū)，電磁場刺激即刻結(jié)束時間段內(nèi)產(chǎn)生了新的生物電位，特征為持續(xù)約300ms，幅度為10uV。
　　結(jié)論：
　　1.將大鼠暴露于電磁場環(huán)境中，外界磁電場環(huán)境可以對大鼠的自發(fā)行為學(xué)表現(xiàn)產(chǎn)生顯著性的影響。3Hz，600V/m電磁場暴露可以使

11、大鼠自發(fā)活動時間減少，動物的情緒反應(yīng)低落，多處于焦慮狀態(tài)。而10Hz，600V/m電磁場可以使大鼠的自發(fā)活動時間增加，大鼠可以表現(xiàn)為積極和活躍的情緒反應(yīng)。電磁場暴露組均對大鼠的自發(fā)探索行為產(chǎn)生了抑制性作用。
　　2.極低頻電磁場可以對大鼠海馬CA1區(qū)腦電活動產(chǎn)生調(diào)控性作用。3Hz和10Hz，600V/m電磁場暴露不僅可以使大鼠海馬CA1區(qū)θ節(jié)律性腦電活動產(chǎn)生抑制作用、能量譜向外界施加的電磁場頻段轉(zhuǎn)移，而且可以抑制錐體神經(jīng)元動作電位