微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化

杨丽丽++宋轶琳++徐声伟++张禹++肖桂花++张松

摘要丘脑底核（STN）深部脑刺激（DBS）已成为帕金森病的重要外科治疗手段，然而其确切的作用机理尚不明确。本研究采用微机电系统（MEMS）技术制备了一种16通道植入式微电极阵列（MEA），在MEA表面修饰了铂黑还原氧化石墨烯Nafion膜（Pt/RGO/Nafion）纳米材料，用于同步检测麻醉大鼠脑内纹状体神经元在STN电刺激前后多巴胺（DA）含量和动作电位（Spike）发放变化。STNDBS结果表明，电刺激20 s后，DA含量开始升高，最高达1.72 μmol/L，较高浓度状态保持约50 s后回落至正常水平。与此同时， 检测到在DA上升阶段中间神经元Spike发放活动增强，在保持高于DA正常浓度水平阶段，中等多棘神经元（MSNs）放电频率增加。本研究制备的微电极阵列传感器能够实现脑内多巴胺和电生理的原位实时检测，有望成为神经信息检测的有力工具。

关键词微机电系统； 微纳电极阵列； 丘脑底核电刺激； 多巴胺； 动作电位

1引 言

帕金森病（Parkinson′s disease， PD）是人类最常见的神经退行性运动障碍性疾病之一，其特征是中脑黑质多巴胺能神经元变性丢失，纹状体内多巴胺浓度降低＼[1＼]。丘脑底核（Subthalamic nucleus， STN）深部脑刺激（Deep brain stimulation， DBS）对PD病人的僵直、运动迟缓、震颤和左旋多巴引起的异动症具有良好的改善效果，已成为帕金森病的重要外科治疗手段。尽管STNDBS已广泛应用，其确切的作用机理尚不明确＼[2＼]。临床研究表明，给予STN高频电刺激后，PD患者的多巴胺（Dopamine， DA）药物用量可以减少一半以上＼[3＼]，提示其可能影响DA的活性。纹状体是基底节的输出核团，也是多巴胺的主要释放区域，研究STNDBS对纹状体神经元电生理活动和多巴胺含量的影响，对了解STNDBS作用机理有重要意义。……