最近，由中科院心理所羅非研究員與北卡羅來(lái)那州神經(jīng)科學(xué)研究所的張景渝教授共同發(fā)表了一篇綜述,。該綜述討論了腦深部電刺激技術(shù)（deep brain stimulation，DBS）應(yīng)用在患有帕金森氏癥（Parkinson’s diseases,，PD）的嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型上的神經(jīng)機(jī)制,。相關(guān)論文發(fā)表在愛(ài)思唯爾期刊《神經(jīng)學(xué)與生物行為評(píng)論》（Neuroscience and Biobehavioral Reviews）上。
近十年來(lái),，DBS作為一種對(duì)包括PD在內(nèi)的多種神經(jīng)疾病有效的治療方法已重新發(fā)展起來(lái),。盡管它的療效顯著，但其發(fā)生作用的內(nèi)在機(jī)制尚不清楚,。在解釋DBS如何減輕帕金森癥狀的研究中,，動(dòng)物模型顯得至關(guān)重要,。但是，在早期的DBS研究中,，動(dòng)物模型的發(fā)展落后于DBS的臨床應(yīng)用,。本綜述旨在對(duì)DBS研究所使用的幾種嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型做一總結(jié)及討論，并介紹了一些考察DBS的作用機(jī)制的電生理和神經(jīng)化學(xué)研究,。
在過(guò)去的30年中,，嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型已廣泛用于PD的研究。這些研究PD的大鼠模型可以用來(lái)研究DBS的作用及其發(fā)揮作用的機(jī)制,。如：跑步運(yùn)動(dòng)模型（Treadmill locomotion model）用來(lái)評(píng)估正常和病理狀態(tài)下的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能,，將這一可測(cè)量的研究PD的跑步模型用于DBS的研究非常合適。測(cè)量跑步機(jī)上大鼠的位置能很容易得評(píng)估DBS刺激引起的改善,，因此DBS的效果能很好的在這一模型上測(cè)量出來(lái),，這使之成為研究DBS的神經(jīng)機(jī)制的一種非常有用的工具,。四肢的不對(duì)稱(chēng)使用模型（Limb use asymmetry model）用來(lái)測(cè)量PD的運(yùn)動(dòng)功能，文中介紹了這個(gè)模型用于評(píng)估DBS有效性的優(yōu)勢(shì),。其中包括它的客觀性，操作簡(jiǎn)單,、快捷以及敏感性等,。反應(yīng)時(shí)模型（Reaction time model）用于測(cè)量帕金森病人的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能缺失。已有研究將選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)用于正常的和多巴胺（DA）耗盡的大鼠上來(lái)研究DBS刺激丘腦底核（subthalamic nucleus,，STN）的作用,。
為了檢驗(yàn)DBS是否能夠調(diào)節(jié)帕金森病人的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合過(guò)程，作者使用刺激胡須方法來(lái)研究DBS在單側(cè)多巴胺耗竭大鼠的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合過(guò)程中的作用,。初步的結(jié)果顯示DBS刺激STN能顯著增加刺激損毀對(duì)側(cè)胡須時(shí)的反應(yīng)時(shí)等,，這些發(fā)現(xiàn)為DBS能夠恢復(fù)感覺(jué)刺激后的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)提供了證據(jù),。
PD病人運(yùn)動(dòng)癥狀發(fā)生的經(jīng)典理論模型是由于缺乏足夠的DA，以致STN活動(dòng)增加,，從而導(dǎo)致黑質(zhì)網(wǎng)狀部（substantia nigra pars reticulata,，SNr）和蒼白球內(nèi)部（globus pallidus interna,，GPi）的抑制性輸出增加,。這些反應(yīng)又導(dǎo)致丘腦內(nèi)部的抑制性活動(dòng)增強(qiáng),，這些抑制性活動(dòng)可能會(huì)抑制或阻斷運(yùn)動(dòng)區(qū)用來(lái)產(chǎn)生隨意運(yùn)動(dòng)的激活的時(shí)空模式。關(guān)于DBS的體外研究支持了這一理論假設(shè),。在麻醉和清醒動(dòng)物上進(jìn)行的活體研究也已揭示了一些完好神經(jīng)回路的反應(yīng),，為這一理論假設(shè)提供了活體研究證據(jù),。最重要的是,，在自由活動(dòng)的動(dòng)物上對(duì)產(chǎn)生了行為效應(yīng)的DBS引起的神經(jīng)反應(yīng)進(jìn)行記錄,，從而提供了一種考察DBS如何調(diào)節(jié)基底神經(jīng)節(jié)—丘腦皮層回路進(jìn)而改善運(yùn)動(dòng)功能的方法,。文章還介紹了DBS能夠調(diào)節(jié)放電頻率,，使不規(guī)則的爆發(fā)式放電模式正常化,，并且能減少與帕金森氏癥相關(guān)的低頻振蕩,。本文作者的一些研究還解釋了DBS在改進(jìn)與運(yùn)動(dòng)行為相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路上的作用機(jī)制。
最后,，作者對(duì)DBS研究的重大發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)并展望了這一技術(shù)的發(fā)展前景和未來(lái)方向,。(生物谷Bioon.com)
生物谷推薦原始出處：
Neuroscience and Biobehavioral Reviews,，doi:10.1016/j.neubiorev.2007.09.002 ,，Jing-Yu Chang，Donald J. Woodward
Studies of the neural mechanisms of deep brain stimulation in rodent models of Parkinson's disease
Jing-Yu Changa, , , Li-Hong Shib, Fei Luoc, Wang-Ming Zhangd and Donald J. Woodwarda
aNeuroscience Research Institute of North Carolina, Winston-Salem, NC 27101, USA
bDepartment of Physiology and Pharmacology, Wake Forest University School of Medicine, Winston-Salem, NC 27157, USA
cInstitute of Psychology, Chinese Academy of Science, Beijing, China
dDepartment of Neurosurgery, Southern Medical University, GuangZhou, China
Abstract
Several rodent models of deep brain stimulation (DBS) have been developed in recent years. Electrophysiological and neurochemical studies have been performed to examine the mechanisms underlying the effects of DBS. In vitro studies have provided deep insights into the role of ion channels in response to brain stimulation. In vivo studies reveal neural responses in the context of intact neural circuits. Most importantly, recording of neural responses to behaviorally effective DBS in freely moving animals provides a direct means for examining how DBS modulates the basal ganglia thalamocortical circuits and thereby improves motor function. DBS can modulate firing rate, normalize irregular burst firing patterns and reduce low frequency oscillations associated with the Parkinsonian state. Our current efforts are focused on elucidating the mechanisms by which DBS effects on neural circuitry improve motor performance. New behavioral models and improved recording techniques will aide researchers conducting future DBS studies in a variety of behavioral modalities and enable new treatment strategies to be explored, such as closed-loop stimulations based on real time computation of ensemble neural activity.
