【摘要】 目的 应用不同频率电刺激大鼠丘脑底核（STN），观察对丘脑束旁核（PF）神经元放电的影响，研究STN对PF神经元活动的调节作用。 方法 采用电生理学方法，以不同频率电刺激（20、50、100、130、200 Hz，强度0.4 mA，波宽0.06 ms，时程5 s）STN，用玻璃微电极记录大鼠PF神经元放电的变化。结果 刺激频率低于100 Hz时，多数神经元无明显反应；刺激频率为130 Hz和200 Hz时， 大多数神经元呈兴奋反应，放电明显增多。结论 高频刺激大鼠STN对PF主要为兴奋作用，提示高频刺激STN治疗帕金森氏病的机制有PF神经元活动的参与。
【关键词】 丘脑底核 束旁核 电刺激
Abstract: Objective To exam the effect of the different frequency stimulation of the subthalamic nucleus（STN）on the neuronal activities of the parafascicular nucleus（PF）in rats．Methods Different frequency stimulation（20，50，100，130，200 Hz，intensity 0.4 mA，width 0.06 ms，duration 5 s）was delivered to the STN．The firing rates of PF neurons were observed using extracellular recording．Results At a frequency lower than 100 Hz， there was no obvious response. As STN-HFS with 130 Hz and 200 Hz， the majority of PF neurons presented excitatory response. Conclusions High-frequency stimulation of the STN induced an excitory effect on the spontaneous activity of the PF neurons in normal rats． It suggested that STN－HFS used to treat Parkinson's is related to excitation of the activity of the parafascicular nucleus．
Key words:ubthalamic nucleus; parafascicular nucleus; electrical stimulation
近些年来，采用高频电刺激STN改善帕金森氏病（PD）的运动症状，取得了可喜的疗效。丘脑底核－深部脑刺激术（STN-DBS）已经逐渐成为PD治疗的首选方法［1，2］，但其机制却尚未阐明。最近一些研究表明束旁核（PF）参与运动的调节。PF是丘脑髓板内核群后群的一组核团，与基底神经节的不同核团之间有着广泛的联系，对基底节环路发挥有效的调控功能［3］。但高频刺激STN治疗PD的运动症状，是否有PF神经元的参与还尚未见报道。本实验用电刺激方法研究大鼠STN对PF神经元放电的影响，有助于阐明高频电刺激STN治疗PD的作用机制。
1 材料和方法
1.1 实验动物及仪器
成年雄性Spragne-Dawley大鼠12 只，体重250～300 g（辽宁医学院动物中心提供）。
1.2 实验方法
1.2.1 电刺激及记录
大鼠经20%氨基甲酸乙酯（0.8 mL/100g）腹腔麻醉后，置于脑立体定位仪上。行常规开颅手术，剥除硬脑膜，并行小脑延髓池引流，以降低颅内压，防止脑疝。参照Paxions && Watson′s大鼠脑图谱确定STN坐标（AP -3.8 mm，LR 2.2～2.8 mm，H 7.8～8.0 mm），PF坐标(AP -4.16～-4.30 mm，LR 1.1～1.6 mm，H 4.9～6.1 mm）。刺激电极以与脑平面成80°的倾斜角从右侧刺入STN内。电刺激经A320隔离刺激器（美国WPI公司），由同心圆电极输出。电刺激参数为：频率(20～200)Hz，刺激强度0.4 mA，波宽0.06 ms，刺激时程5 s。
细胞外记录采用微电极拉制仪（美国STOELTING公司）自行拉制的单管玻璃微电极。电极尖端直径&<2 μm，电阻5～15 MΩ，管内灌注含1%滂胺天蓝的3.0 mol/L NaCl溶液，借助微电极推进器将记录电极缓慢推进到大鼠的PF内。单位放电经微电极放大器采集、滤波(300～3 000 Hz)、显示于示波器，并输入计算机用Spike 2生物信号采集系统处理。实验中只对信噪比&>3/1和放电稳定的神经元进行记录。在进行电刺激前每一单位需记录2～3 min的基础放电。
1.2.2 组织学检测
在每一次电生理学记录完毕后，经微电极电泳滂胺天蓝（-20 μA，15 min）标记记录部位，刺激部位采用直流电损毁法标记。大鼠用含4%多聚甲醛的0.1 mol/L磷酸缓冲液经颈动脉灌流固定后，立刻断头取脑，放入相同固定液4 h，再将脑组织移入30%的蔗糖磷酸缓冲液（pH7.4）至沉底后行冠状冰冻切片，片厚30 μm。焦油紫染色。光镜下观察，仅取记录和刺激部位均正确的资料进行统计学分析。
1.3 数据分析
1.3.1 神经元放电形式分析
根据神经元放电间隔直方图（interspike interval histogram， ISIH）鉴别神经元的放电形式。每个神经元ISIH的生成至少包含300个动作电位，直方图采样bin宽4 ms。根据ISIH将神经元放电形式分为［4］：(1)规则放电，ISIH呈对称性分布；(2)不规则放电，ISIH呈随机分布；(3)爆发式放电，ISIH呈明显的逐渐衰减的正偏态分布。
1.3.2 神经元放电形式变化
根据下面公式判定神经元对电刺激的反应：
R=（刺激后放电频率/刺激前放电频率-1）×100%
R≥20%为兴奋型反应，R≤-20%为抑制型反应，介于两者之间的为无反应。
结果以平均值±标准误（±s）表示，显著性检验用t检验，P&<0.05为有显著性差异，P&<0.01为有极显著性差异。
2 结果
2.1 丘脑束旁核神经元的自发放电活动
共记录了53个正常大鼠PF神经元的自发放电，其自发放电频率较低，放电频率在0.98～26.9 Hz之间，平均为（9.27±0.74）Hz。其中多数神经元呈不规则放电，部分呈爆发放电，偶见规则放电。
2.2 电刺激STN对PF神经元放电的影响
共观察了57个正常大鼠PF神经元对高频刺激（频率130 Hz，强度0.4 mA，波宽0.06 ms， 时程5 s）STN的反应。高频电刺激STN结束后使大多数PF神经元（35/57，61.4%）的放电频率增加，平均由刺激前的（7.55±0.89）Hz增加到刺激后的（13.33±1.43）Hz（P&<0.001），平均增加了（5.78±0.99）Hz。另有7个神经元抑制（7/57，12.28%），15个神经元无反应(15/57，26.32%)。实验还观察了26个PF神经元对不同频率电刺激（20、50、100、130、200 Hz）STN后的反应(见表2)。结果显示刺激频率低于100 Hz时，多数神经元无明显反应；刺激频率为130 Hz和200 Hz时，大多数神经元呈兴奋反应，放电明显增多。
表1 高频刺激（130Hz）STN后PF神经元反应类型构成比（略）
表2 不同频率电刺激STN后PF神经元反应类型构成比（略）
图1 高频刺激（130Hz）STN对PF神经元放电的影响（略）
3 讨论
本实验观察到以不同频率刺激STN，刺激频率低于100 Hz时，多数PF神经元无明显反应；刺激频率为130 Hz和200 Hz时， 大多数PF神经元呈兴奋反应，放电明显增多。
解剖学研究显示，STN与PF之间无直接的纤维联系。STN向黑质网状部（SNr）发出兴奋性纤维投射［5］，而后者发出抑制性GABA能纤维投射到丘脑PF［6］。故STN对PF神经元活动的影响可能通过该间接环路而实现。
Magarinos-Ascone ［7］等发现频率为5～14 Hz的低频刺激STN，引起STN 抑制或无反应，但随着频率的增加，呈