【摘要】：隨著(zhù)對中樞神經(jīng)(大腦)和外周神經(jīng)研究的不斷深入，研發(fā)融合生理和信息技術(shù)的實(shí)驗平臺和研究方法顯得愈來(lái)愈重要。微電極技術(shù)在微小空間中對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的陣列化采樣和分析有著(zhù)特殊的優(yōu)勢。利用微電極技術(shù)，檢測體外培養神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的放電信號是研究神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的重要手段之一。

由此，研究如何利用微電極陣列(MEA)檢測人工培養神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )在受到不同刺激前后的狀態(tài)，對研究神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )特性和神經(jīng)系統的前沿課題，有著(zhù)重要意義。目前，對神經(jīng)元的研究形成了以仿真實(shí)驗研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和以生理實(shí)驗研究神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )兩個(gè)不同方向。在仿真實(shí)驗研究中更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò )結構與特性的關(guān)系，在生理實(shí)驗研究中往往以平均放電率作為指標分析網(wǎng)絡(luò )的興奮程度等特性。本研究注重結合兩者的優(yōu)勢，以生理測試為基礎，借鑒仿真方法中的結構模型，分析人工培育神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的特性。在微電極陣列上體外培養神經(jīng)元，形成單層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )，并以此為實(shí)驗對象，通過(guò)陣列檢測神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的放電信息，分析神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的自發(fā)性放電特性和誘發(fā)性放電特性，分析其靜息和刺激響應狀態(tài)下的特征，評估生長(cháng)過(guò)程和刺激響應過(guò)程。

本研究通過(guò)對上述神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的放電率及相關(guān)系數分析，研究了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的自發(fā)性放電特征。對不同位置的場(chǎng)電位分析表明，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )在自發(fā)性放電過(guò)程中，放電率沿一基準上下波動(dòng)，疏密相間地放電。不同位置微電極上放電率之間的相關(guān)系數揭示了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )不同區域間物理距離對其同步性的影響不顯著(zhù)。相同網(wǎng)絡(luò )的不同區域受到不同幅值的雙向脈沖電刺激時(shí)的放電特性反映了網(wǎng)絡(luò )誘發(fā)性放電特性。實(shí)驗結果分析表明，以第一響應放電為特征，當神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )受到電刺激后部分區域會(huì )出現一個(gè)快速響應。隨著(zhù)電刺激幅值增加，產(chǎn)生快速響應的區域會(huì )增加，但是快速響應的速度不會(huì )進(jìn)一步提高，且響應最慢區域的分布沒(méi)有明顯變化，由此可見(jiàn)，隨著(zhù)刺激電壓幅值的提高，一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò )的平均響應速度，但是，不會(huì )改變網(wǎng)絡(luò )響應的結構特性。

實(shí)驗結果還表明，在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的不同區域施加相同電刺激時(shí)，不僅產(chǎn)生快速響應的區域不同，而且影響響應的速度和響應的結構。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的刺激耐受性實(shí)驗表明，長(cháng)時(shí)間的電刺激，一定程度上會(huì )增加神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的放電率，改變放電重心。綜上所述，通過(guò)微電極陣列對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的檢測和放電率分析，有效地進(jìn)行了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )的自發(fā)性放電特性和受電刺激后的系統特性。