【摘 要】
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深部脑刺激（Deep brain stimulation,DBS）在临床上已经用来帕金森、癫痫等疾病的治疗,并且治疗效果显著,具有良好的发展前景.近年来,DBS逐步应用到阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）的治疗中.AD是一种起病隐匿的神经系统退行性疾病.临床研究和动物实验表明,DBS在AD的调控中起着重要作用,但是靶点的选取、刺激参数的调节、相关的生物物理机制等问题亟待解
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深部脑刺激（Deep brain stimulation,DBS）在临床上已经用来帕金森、癫痫等疾病的治疗,并且治疗效果显著,具有良好的发展前景.近年来,DBS逐步应用到阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）的治疗中.AD是一种起病隐匿的神经系统退行性疾病.临床研究和动物实验表明,DBS在AD的调控中起着重要作用,但是靶点的选取、刺激参数的调节、相关的生物物理机制等问题亟待解决.鉴于此,本文结合神经动力学与控制理论,基于神经计算模型,探索DBS对AD的调控作用.论文的主要内容和结论如下:1.研究了丘脑中继核DBS对AD的控制作用.首先,基于皮质和丘脑的生理结构和实验数据,构建了 DBS作用下与AD相关的丘脑-皮质-丘脑（TCT）神经质量模型.然后,通过减小丘脑中间神经元到丘脑中继核的突触连接参数来模拟AD突触缺失的神经病理状态.进一步地,将DBS引入到丘脑中继核,探讨了DBS对AD病理状态的影响.结合功率谱分析与相空间分析,发现模型的theta频带相对功率减小,alpha频带的相对功率增大,这与AD药物疗效对比试验中脑电图的逆转相一致,意味着EEG节律逐渐恢复正常状态,同时相空间由点吸引子过渡到极限环模式,膜电位也由不放电状态转变为放电状态.这些结果表明DBS可以明显缓解AD的病理症状.最后,通过在参数空间调节DBS的振幅A、周期P和持续时间D,发现在适当的参数范围内,DBS可以有效地改善AD的病理症状,对AD具有较好的控制作用.2.研究了海马DBS对AD的调控作用.首先,根据海马CA1区生理结构和突触连接,构建了 DBS调控下AD关联的海马CA1区神经元网络模型.然后,通过增强锥体细胞M电流IM和钙离子激活的钾离子电流IAHP来模拟AD胆碱能匮乏的病理状态,通过增强延迟整流K+电流IK来模拟AD的β淀粉样蛋白（Aβ）沉积的病理状态.最后,在AD病理状态下,采用功率谱分析和相空间分析,发现适当调节DBS的振幅A、周期P和持续时间D,可以使得网络模型的theta频带相对功率减小,膜电位逐渐由静息态恢复为振荡状态,相空间也由点吸引子模式转变为极限环模式,这表明AD的病理症状得到缓解,意味着DBS能够有效控制AD.本文分别以丘脑中继核和海马CA1区为靶点,通过建立与AD相关的神经计算模型,从理论的上揭示了具有合适参数的DBS能够对AD进行有效控制.本研究从理论上凸显了 DBS治疗AD的潜在作用.文中靶点的选取和DBS参数的合适范围为动物实验和临床研究提供了理论依据和参考,对发展DBS治疗AD具有重要意义.
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