極低頻磁場發(fā)生器的開發(fā)及其在神經細胞電生理特性研究中的應用.pdf

1、生物電活動是生物體的一種重要的生命活動。神經元放電和膜片鉗離子通道是電生理研究的兩個重要領域。生物電活動既然是一種電，就必然受到外界電磁活動一定程度上的影響。目前采用磁場刺激神經細胞和腫瘤細胞是生物磁研究的兩個重要課題，適當的磁場刺激對神經系統(tǒng)疾病起到一定的治療作用，如帕金森癥、神經性疼痛、癲癇、抑郁癥、精神分裂癥等，海馬則是學習和記憶的重要腦區(qū)，特別是帕金森癥的重要病灶區(qū)域。因此本文采用磁場刺激海馬細胞，通過神經放電信號和鉀離子通道信

2、號分析研究其電生理特性的變化。該研究具有重要的理論意義與實際價值。本文首先設計了一款電生理磁刺激實驗通用的極低頻磁場發(fā)生器，該儀器能產生多種波形、頻率、強度且空間分布均勻的磁場。然后通過神經元放電和膜片鉗離子通道兩種方法對大鼠海馬細胞在極低頻磁場作用前后的放電特性和離子通道特性分別進行了研究。最后分析了兩種相互關聯的研究方法下的結果。
　　 本研究工作主要獲得了如下研究成果：
　　 (1)研制了一臺適于生物磁刺激的多波形

3、、多參數的磁場發(fā)生器。該儀器的特點是：
　　 a)強度從幾個毫特斯拉(mT)提高到100 mT ；
　　 b)通過硬件補償和軟件修正的方案，克服了通常隨波形頻率提高，磁場強度急劇遞減的問題。產生從1 Hz 到500 Hz，磁場強度均衡的磁場；
　　 c)針對三角波磁場能夠產生恒定的感應電場的特征，也開發(fā)了一種三角波形的磁場發(fā)生器。
　　 (2)構造了一種適用于電生理信號的特定的小波降噪算法。在采用小波降噪

4、中，針對電生理信號的兩個特點：符合全或無定律；具有一定的不應期。采用方波haar函數作為母函數，構造了一種獨特的小波降噪方法。通過檢驗，該方法較傳統(tǒng)均值濾波效果有所提高。
　　 (3)提出了一種驗證離子單通道降噪算法優(yōu)劣的方法。針對離子單通道全或無的特點，通過原始信號，構造了一種標準波形來衡量降噪效果。
　　 (4)海馬細胞在極低頻磁場刺激作用下的放電信號更加具有節(jié)律性。通過自回歸(Autoregressive,AR)模

5、型譜分析表明，磁場刺激時的海馬細胞放電信號的譜線更加光滑，說明高頻率成分減少了，表明信號具有更好的節(jié)律性。
　　 (5)海馬細胞在磁場刺激作用下其電生理活動更加活躍。采用AR 模型譜分析方法研究表明，極低頻磁場刺激海馬細胞后，其AR 頻譜發(fā)生后移，電活動的頻度增高了，表明電生理活動更加頻繁。采用隨機過程和統(tǒng)計學分析方法研究表明，極低頻磁場刺激海馬細胞時其發(fā)放動作電位的次數增加，峰峰間期(Inter Spike Interval，

6、ISI)減小，鉀離子通道的開放時間有所增加，靜息時間有減小的趨勢。這與有關文獻報道的結論是一致的。
　　 本文采用的兩種實驗研究都得出特定磁場能夠促進電生理活動的特性。從生理學分析，Na+離子通道在神經元放電中承擔主要角色，但是鉀離子通道開放也會更加活躍，于是我們似乎可以得出如下推論：特定的磁場刺激對Na+-K+泵的活躍起到了一定的促進作用，雖然Na+-K+泵的K+離子流動的方向與離子通道相反。這與文獻報道磁場直接作用于Na+-