吴聊大鼠:RTMS对衰老型小鼠认知行为的改善作用|跳台实验

吴聊大鼠,大家好,我是上海欣软的吴文远。

重复经颅磁刺激(repeated transcranial magnetic stimulation,RTMS)技术是利用电磁感应的原理,通过刺激线圈产生快速变化的脉冲磁场,在大脑皮层中诱导产生变化的磁场。低频重复经颅磁刺激在大脑中产生抑制作用,而高频重复经颅磁刺激在大脑中产生兴奋作用。。大量文献报道,重复经颅磁刺激可以重塑神经连接和诱导神经可塑性,以及提高神经元兴奋性和改善认知功能等。本文的主要目的是研在昆明小鼠大脑自然老化过程中,高频重复经颅磁刺激对其认知功能与神经兴奋性的影响。

1材料与方法

1.1 实验设计

研究采用不同年龄段昆明小鼠,每个年龄段小鼠按照是否接受刺激分为实验组与对照组。刺激结束后进行跳台实验。

1.2 实验动物及分组

实验所需的青年小鼠(2月龄)、成年小鼠(9月龄)、老年小鼠(14月龄)各12只。饲养小鼠的实验环境温度维持在(25±1)℃,湿度维持在50%~60%,给予小鼠充足的食物与水,12小时光照与黑暗交替循环。每个年龄段的小鼠被随机分成两组,即刺激组与对照组。

1.3 重复经颅磁刺激实验

刺激组的实验参数采用高频20Hz,刺激强度约为0.3T,每天1000个脉冲刺激,连续进行15天。对照组小鼠接受伪刺激,将线圈翻转垂直于小鼠头部且离开一段距离,小鼠只能听到刺激声音而不接受刺激。刺激在每天上午8:00~10:00进行。

1.4 跳台实验

跳台分析实验系统包括主机、刺激器、跳台箱体,跳台箱体由8个独立的通道组成,每个通道尺140mm ×155mm × 300mm,每个通道内置一个圆柱形绝缘跳台(径45mm,高45mm),箱体底部平行铺有24根铜棒组成的铜栅。


图1 跳台实验 型号XR-3TB 上海欣软

跳台实验分为三个阶段,即适应期、电刺激期、被动逃避期。在适应期,每只小鼠被面对箱体壁放在跳台之上,记录小鼠第一次跳下台子的时间作为跳台潜伏期。适应期结束24h后进行电刺激期的测试,每只小鼠被单独放置在箱体底部的铜栅之上,并在铜栅上施加28V直流电刺激。当小鼠由于躲避足底电击跳上台子之后开始计时,记录5min内小鼠跳下台子受到电击的犯错误次数以及5min内小鼠在跳台上的停留时间百分比。电刺激期结束24h后进行被动逃避期的测试,每只小鼠被面对箱体壁放在跳台之上,记录小鼠第一次跳下台子的时间作为被动逃避。潜伏期。在不同的实验阶段和每两只小鼠任务之间,箱体与台子都要用70%的酒精擦拭,避免遗留气味对小鼠行为造成干扰。


图 2 跳台实验流程图

2 实验数据及分析结果

如图 3a 所示,对跳台潜伏期的分析表明,年龄(F(2, 30) = 1.207,P = 0.313 1)与治疗方式(F(1, 30) = 0.107 8,P = 0.745 0)均没有表现出显著的主因素效 应,也没有表现出主因素之间显著的交互效应(F(2, 30) = 0.016 1,P = 0.984 0)。

如图 3b 所示,对犯错误次数的分析表明,年龄 (F(2, 30) = 0.221 5,P = 0.802 6)没有表现出显著的 主因素效应,治疗方式(F(1, 30) = 15.32,P < 0.001) 有显著的主因素效应,且主因素之间表现出了显著的交互效应(F(2, 30) = 4.209,P < 0.05)。事后分析结果表明,老年刺激组的犯错误次数显著低于老年对照组。

如图 3c 所示,对跳台停留时间百分比的分析表明,年龄(F(2, 30) = 9.672,P < 0.001)与治疗方式(F(1, 30) = 4.396,P < 0.05)表现出了显著的主因素效应,主因素之间表现出了显著的交互效应(F(2,30) = 16.47,P < 0.001)。事后分析结果表明,老年对照组的跳台停留时间百分比显著低于青年对照组和成年对照组,老年刺激组的跳台停留时间百分比显著高于老年对照组。


图 3 跳台实验数据分析 a. 潜伏期;b. 犯错误次数;c. 跳台停留时间百分比;d. 被动逃避潜伏期。 **P <0.01,***P <0.001

3讨论

基于啮齿类动物对新事物自主探索的天性,新物体识别测试被用来获取与空间记忆相关的信息。这种类型的测试可以用来研究海马在空间和工作记忆水平甚至是在认知形成过程中的功能。本研究进行了短期与长期的学习记忆和空间探索能力的测试,结果显示老化伴随认知衰退,而高频重复经颅磁刺激可以显著缓解老年小鼠的这一认知损伤。

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