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阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)也称老年性痴呆,是一种进行性的神经退行性疾病,会导致患者认知功能障碍和行为能力下降,不仅严重威胁了患者的健康,还给患者的家庭以致社会带来了沉重的负担。随着老年化社会的到来,国内外老年性痴呆的发病率逐年增加。目前我国已进入了老龄化社会,拥有世界上最大的老年人群,因此研究AD的发病机制,具有重要的科学价值、临床应用意义和重大的社会效益。AD的主要临床表现为工作记忆障碍(working memory dysfunction,WMD)。工作记忆(working memory,WM)是一种重要的、在人们生活工作中处处存在的记忆形式。工作记忆指认知任务中用于暂时存储和加工信息的容量有限系统,是计划和组织行为、语言、思维和决策等高级认知功能的基础。研究AD的工作记忆障碍机制是研究AD发病机制的重要方面。Gamma振荡是大脑认知的基本神经电活动,在工作记忆的信息处理中起了重要作用,研究AD工作记忆障碍的gamma振荡缺失机制是AD发病机制研究的热点之一。近年来,人们发展网络化脑(networked brain)的概念,从结构和功能网络层次,研究大脑认知和认知障碍机制,为神经系统疾病机制的研究开创了新思路。据此,本论文提出如下科学问题:工作记忆障碍gamma振荡发生了什么模式的缺失?gamma振荡缺失的脑网络机制是什么?围绕以上科学问题,本论文应用Aβ1-42注射海马技术制备工作记忆障碍大鼠,应用清醒动物在体植入式微电极阵列记录技术,获取工作记忆障碍和正常对照组大鼠在Y迷宫工作记忆过程中前额叶皮层多通道局部场电位(local field potentials,LFPs),研究工作记忆障碍LFPs的gamma振荡特征模式,从LFPs-gamma网络角度研究工作记忆障碍gamma振荡缺失的脑网络机制。本论文的主要研究工作如下:1.制备Aβ1-42注射海马大鼠模型,验证模型的工作记忆障碍2.5月龄雄性Sprague–Dawley(SD)大鼠随机分为正常对照组和工作记忆障碍模型组。对模型组大鼠双侧海马各注射5μl孵育36h的Aβ1-42。在注射Aβ1-42以后14天,通过大鼠在Y迷宫中的工作记忆行为学检测,筛选工作记忆障碍大鼠。应用免疫组化染色方法检测工作记忆障碍大鼠在海马的Aβ沉积:海马有明显的Aβ1-42免疫组化阳性反应。2.工作记忆障碍与正常对照组大鼠的行为学模式记录分析两组大鼠在y迷宫中的工作记忆行为学结果:正确率和完成时间,研究工作记忆障碍大鼠的行为学特征模式。3.获取两组大鼠在工作记忆过程中前额叶皮层的16通道lfps应用清醒动物在体植入式微电极阵列记录技术,记录两组大鼠在y迷宫工作记忆过程中前额叶皮层16通道神经电活动信号;应用截止频率500hz的低通滤波获得16通道lfps,进行信号预处理。我们获取了8只正常大鼠120次实验lfps数据,以及8只工作记忆障碍大鼠120次实验lfps数据。4.工作记忆障碍大鼠的gamma振荡缺失模式(1)工作记忆障碍大鼠gamma振荡缺失的发生时间和频率范围应用短时傅里叶变换计算两组大鼠lfps在工作记忆过程中的时频分布,发现正常对照组大鼠工作记忆过程中lfps的gamma频段(30-60hz)能量密度从起始点增加,在行为学参考点前达到峰值,然后下降,提示工作记忆发生了gamma振荡;工作记忆障碍组大鼠lfps的gamma频段能量密度在工作记忆过程中没有显著变化,提示没有发生gamma振荡。(2)工作记忆障碍大鼠多通道lfps同步性缺失应用时变频谱相干方法计算两组大鼠lfps频谱相干的时空分布,发现正常对照组大鼠在工作记忆过程中lfps在gamma频段的频谱相干值从起始点增加,在行为学参考点前达到峰值,然后下降,提示工作记忆发生了gamma振荡;工作记忆障碍组大鼠在工作记忆过程中lfps在gamma频段的频谱相干值没有显著变化,同步性缺失,提示没有发生gamma振荡。5.工作记忆障碍大鼠gamma振荡缺失的脑网络机制应用granger因果分析方法,分别计算两组大鼠lfps-gamma定向传递函数(directtransformfunction,dtf),构建lfps-gamma因果网络。(1)工作记忆障碍的gamma网络缺损模式本论文应用dtfij描述因果网络节点j到i的连接强度,应用网络所有节点dtfij的平均dtf描述因果网络整体的连接强度。研究结果发现:正常对照组大鼠在y迷宫工作记忆过程中,从起点开始,lfps-gamma网络的dtf值逐渐增加,在行为学参考点前达到峰值,然后下降;工作记忆障碍组大鼠dtf值在工作记忆过程中没有明显变化。正常对照组工作记忆的lfps-gamma网络的dtf值显著大于工作记忆障碍组。提示工作记忆障碍组在工作记忆时发生了LFPs-gamma网络的连接缺损。(2)工作记忆障碍Gamma振荡缺失的网络机制正常大鼠组在工作记忆中,LFPs-gamma网络的DTF峰值时间点明显出现在gamma振荡以前,提示工作记忆的网络连接加强是gamma振荡发生的机制;工作记忆障碍大鼠没有发生gamma振荡的原因是网络连接没有加强。本论文的研究为AD工作记忆障碍机制的研究提供创新的思路和研究方法。