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基于皮层-基底神经节环路模型的经颅磁声电刺激对大鼠行为决策的影响
被引量：
2
1
作者
张帅
由胜男
+2 位作者
党君武
杜文静
王磊
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第2期356-368,共13页
经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可...
经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可塑性与行为决策关系密切。该文基于皮层-基底神经节回路模型,模拟分别对健康大鼠、帕金森大鼠施加刺激后,不同脑区在奖赏选择任务中的神经活动,仿真分析不同感应电流强度对皮层神经元放电率和脑区间突触权重的影响。并通过行为学实验进一步探讨经颅磁声电刺激对健康大鼠与帕金森模型大鼠行为决策的影响。仿真结果显示,对健康大鼠施加刺激可提高前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重;对帕金森大鼠施加刺激可提高前运动皮层神经元放电率,调节前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重。实验结果显示,施加刺激后,大鼠的学习探索能力和空间记忆能力均得到了提高,且帕金森模型大鼠受刺激的作用效果更显著。研究结果表明,经颅磁声电刺激可提高大鼠的运动积极性和学习效率,且有助于改善基底神经节的功能失衡。研究结果为进一步探索经颅磁声电刺激调节决策认知功能的作用机制奠定基础。
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关键词
经颅磁声电刺激
皮层神经元
基底神经节
行为决策
突触权重
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职称材料
基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激仿真与实验分析
被引量：
1
2
作者
张帅
李梦迪
+2 位作者
王艺潇
焦立鹏
徐桂芝
《电子测量技术》
北大核心
2021年第20期107-112,共6页
经颅磁声电刺激方法在颅内产生的感应电场分布是决定神经调控精度的关键因素。相控阵可产生高聚焦度声场,但其结构参数与颅内感应电场之间关系尚不明确。本文建立了包含相控阵的三维有限元模型,计算了声场分布并采用焦区横截面积、焦区...
经颅磁声电刺激方法在颅内产生的感应电场分布是决定神经调控精度的关键因素。相控阵可产生高聚焦度声场,但其结构参数与颅内感应电场之间关系尚不明确。本文建立了包含相控阵的三维有限元模型,计算了声场分布并采用焦区横截面积、焦区深度、声强和电场强度为评价指标。设计仿体实验测量了焦点处实际电场强度。以Wistar大鼠为实验对象,考察了相控阵在0.8MHz中心频率,不同阵元数下与0.3T静磁场耦合作用对大鼠局部场电位的作用规律。结果表明,增加阵元数目可提高焦区电场强度,进而降低局部场电位低频段(4~30Hz)振荡频率,增加高频段(30~80Hz)能量,揭示了基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激对神经元兴奋性的调节机制,为经颅磁声电刺激系统设计与相控阵结构参数选择提供参考。
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关键词
经颅磁声电刺激
相控阵
时频分析
放电节律
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职称材料
经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析
3
作者
赵清扬
张帅
+1 位作者
杜文静
徐亦豪
《河北大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2023年第3期310-319,共10页
为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模...
为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明:TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明:TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.
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关键词
经颅磁声电刺激
钙离子浓度
突触传递
短时程可塑性
兴奋性突触后电位
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职称材料
题名
基于皮层-基底神经节环路模型的经颅磁声电刺激对大鼠行为决策的影响
被引量：
2
1
作者
张帅
由胜男
党君武
杜文静
王磊
机构
省部共建电工装备可靠性与智能化国家
重点
实验室
河北工业大学
河北工业大学
河北省
生物
电磁与
神经
工程
重点
实验室
(
筹
)
天津市
生物
电工与智能健康
重点
实验室
河北工业大学
出处
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第2期356-368,共13页
基金
国家自然科学基金(51877069、52107236)
河北省科技计划等(E2021202184、236Z7711G、QN2021043)资助项目。
文摘
经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可塑性与行为决策关系密切。该文基于皮层-基底神经节回路模型,模拟分别对健康大鼠、帕金森大鼠施加刺激后,不同脑区在奖赏选择任务中的神经活动,仿真分析不同感应电流强度对皮层神经元放电率和脑区间突触权重的影响。并通过行为学实验进一步探讨经颅磁声电刺激对健康大鼠与帕金森模型大鼠行为决策的影响。仿真结果显示,对健康大鼠施加刺激可提高前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重;对帕金森大鼠施加刺激可提高前运动皮层神经元放电率,调节前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重。实验结果显示,施加刺激后,大鼠的学习探索能力和空间记忆能力均得到了提高,且帕金森模型大鼠受刺激的作用效果更显著。研究结果表明,经颅磁声电刺激可提高大鼠的运动积极性和学习效率,且有助于改善基底神经节的功能失衡。研究结果为进一步探索经颅磁声电刺激调节决策认知功能的作用机制奠定基础。
关键词
经颅磁声电刺激
皮层神经元
基底神经节
行为决策
突触权重
Keywords
Transcranial magneto-acousto-electrical stimulation
cortical neurons
basal ganglion
decision-making
synaptic weights
分类号
TM12 [电气工程—电工理论与新技术]
R318 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激仿真与实验分析
被引量：
1
2
作者
张帅
李梦迪
王艺潇
焦立鹏
徐桂芝
机构
河北工业大学
省部共建电工装备可靠性与智能化国家
重点
实验室
河北工业大学
河北省
生物
电磁与
神经
工程
重点
实验室
(
筹
)
出处
《电子测量技术》
北大核心
2021年第20期107-112,共6页
基金
国家自然科学基金面上项目(51877069)资助。
文摘
经颅磁声电刺激方法在颅内产生的感应电场分布是决定神经调控精度的关键因素。相控阵可产生高聚焦度声场,但其结构参数与颅内感应电场之间关系尚不明确。本文建立了包含相控阵的三维有限元模型,计算了声场分布并采用焦区横截面积、焦区深度、声强和电场强度为评价指标。设计仿体实验测量了焦点处实际电场强度。以Wistar大鼠为实验对象,考察了相控阵在0.8MHz中心频率,不同阵元数下与0.3T静磁场耦合作用对大鼠局部场电位的作用规律。结果表明,增加阵元数目可提高焦区电场强度,进而降低局部场电位低频段(4~30Hz)振荡频率,增加高频段(30~80Hz)能量,揭示了基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激对神经元兴奋性的调节机制,为经颅磁声电刺激系统设计与相控阵结构参数选择提供参考。
关键词
经颅磁声电刺激
相控阵
时频分析
放电节律
Keywords
transcranial magneto-acoustic electrical stimulation
phased array
time and frequency analysis
discharge rhythm
分类号
TM12 [电气工程—电工理论与新技术]
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职称材料
题名
经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析
3
作者
赵清扬
张帅
杜文静
徐亦豪
机构
河北工业大学
河北省
生物
电磁与
神经
工程
重点
实验室
(
筹
)
出处
《河北大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2023年第3期310-319,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51877069)
河北省自然科学基金资助项目(E2021202184)。
文摘
为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明:TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明:TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.
关键词
经颅磁声电刺激
钙离子浓度
突触传递
短时程可塑性
兴奋性突触后电位
Keywords
transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation(TMAES)
calcium concentration
synaptic transmission
short-term plasticity
excitatory postsynaptic potential
分类号
R318.04 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于皮层-基底神经节环路模型的经颅磁声电刺激对大鼠行为决策的影响
张帅
由胜男
党君武
杜文静
王磊
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024
2
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激仿真与实验分析
张帅
李梦迪
王艺潇
焦立鹏
徐桂芝
《电子测量技术》
北大核心
2021
1
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下载PDF
职称材料
3
经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析
赵清扬
张帅
杜文静
徐亦豪
《河北大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2023
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