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

作     者：张帅 由胜男 党君武 杜文静 王磊 Zhang Shuai;You Shengnan;Dang Junwu;Du Wenjing;Wang Lei

作者机构：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天津300130 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300130 天津市生物电工与智能健康重点实验室河北工业大学天津300130 

出 版 物：《电工技术学报》 (Transactions of China Electrotechnical Society)

年 卷 期：2024年第39卷第2期

页      面：356-368页

核心收录：

学科分类：080804[工学-电力电子与电力传动] 0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 080805[工学-电工理论与新技术] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

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 

主　　题：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 

摘      要：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。