无线电能传输电磁环境对小鼠海马DG区神经兴奋性的影响研究

作     者：赵毅航 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵军

授予年度：2022年

学科分类：0710[理学-生物学] 071011[理学-生物物理学] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 07[理学] 08[工学] 

主      题：无线电能传输 生物电磁效应 光纤记录 膜片钳技术 神经兴奋性 

摘      要：无线电能传输(Wireless Power transmission,WPT)是一种利用电磁场在物理空间的分布及传播特性,实现电能由发射端传递至接收端的技术。近年来,该技术被广泛应用于医疗器械、电子设备以及电动汽车无线充电等方面,方便人们生活的同时也带来了一定的生物电磁效应安全问题。神经系统作为人体的指挥系统,同时也是受电磁辐射影响最严重的敏感区域之一。因此本文选取小鼠海马DG区为目的脑区,利用新物体识别实验范式、基于光纤记录的小鼠脑部神经活动钙信号的光学检测技术以及全细胞膜片钳技术展开研究。(1)基于本课题组搭建的无线电能传输实验平台开展电磁暴露实验,设置磁场暴露5天、15天以及30天实验组别,采用新物体识别实验范式进行空间认知能力检测,研究无线电能传输电磁环境不同暴露时长对小鼠空间认知能力以及学习记忆能力的影响。结果表明,磁场暴露组的熟悉期运动轨迹总长度、测试I期和II期认知指数以及探索新旧物体的次数比相较于对照组无显著性差异,说明电磁场暴露没有影响小鼠个体自身的运动能力,并且不会影响小鼠与空间记忆相关的能力,也不造成小鼠认知功能障碍等问题。(2)采用在体光纤记录技术,实现对小鼠海马DG区的实时钙信号检测,进而分析了无线电能传输电磁环境不同暴露时长对小鼠海马DG区钙离子浓度的影响。结果表明,随着磁场暴露天数的增加,小鼠海马DG区神经细胞钙离子浓度逐渐上升,钙信号幅值显著增加,使得神经兴奋性增强,同时验证了磁场作用于小鼠进而影响神经兴奋性的累积效应。(3)利用全细胞膜片钳技术,研究了无线电能传输电磁环境不同暴露时长对小鼠海马DG区神经细胞钾离子通道特征变化和电位活动改变的影响,并研究电磁场暴露对神经兴奋的潜在影响。结果表明,无线电能传输电磁环境暴露显著影响了小鼠海马DG区神经元活动变化,通过抑制钾通道电流激活过程并促进其快速失活,显著抑制了瞬时外向钾电流和延迟整流钾电流,从而减少了K的外流,增强了神经兴奋性。本文从行为学、在体动物实验、离体神经电生理学等不同角度研究了无线电能传输电磁环境不同暴露时长对小鼠海马DG区神经兴奋性以及认知功能的影响。进一步阐明了无线电能传输系统的生物电磁效应问题。