成对关联刺激对脑梗死大鼠功能恢复的影响及其神经可塑性机制研究

The brain will undergo a series of plastic changes to achieve functional recovery after stroke. However, recent studies show that not all the plasticity changes are beneficial. For example, the poststroke changes of cortex excitability will lead to imbalance of transcallosal inhibition, which is detrimental to the functional recovery of hemiplegia. We propose that artificially modulate the cortex excitability so as to maintain the balance between the hemispheres might be key to stroke rehabilitation. Recent studies have shown that the paired associative stimulation, due to its action on both central and peripheral nerve, is effective in modulating the excitability of motor cortex.We hypothesize that PAS can be used to regain the balance between the 2 hemisphere, and trigger a series plastic changes, if applied for adequate period of time, such as changes in synaptic structures and trnasmissions, expression of neurotransmitters and their receptors, and to facilitate global functional recovery. The proposed programme will employ the classical animal model of ischemic stroke to verify our hypotheses.

脑卒中后，大脑将发生一系列可塑性变化以图恢复功能。但脑卒中后皮质兴奋性的改变却是有害的，将导致两侧大脑半球的跨胼胝体抑制失衡，妨碍偏瘫恢复。我们设想：定向调节大脑半球兴奋性将是脑卒中早期康复介入的关键之一。将经颅磁刺激与周围神经电刺激以特定锁时关系相伴实施的成对关联刺激（paired associative stimulation，PAS）由于协同性作用于中枢和外周，已被证实有确切的调节大脑皮质兴奋性的效应。本研究的假设是：PAS通过调节大脑皮质兴奋性，将有助于恢复和维持卒中后两侧半球之间功能的平衡性；若连续应用，将抑制卒中后有害的可塑性变化（功能失衡），并诱导脑内产生一系列相应的可塑性变化，包括突触结构与功能、神经递质及其受体的表达与功能等的变化，由此促进脑损伤后的神经功能恢复。本研究拟采用经典的动物脑缺血梗死模型，对此进行验证。

背景：脑卒中后大脑将发生一系列可塑性变化以图恢复功能，但脑卒中后皮质兴奋性改变所致两侧大脑半球的跨胼胝体抑制失衡是有害的，将导妨碍其功能恢复。成对关联刺激（paired associative stimulation, PAS）作为一种新的无创性脑部刺激技术，其结合了中枢经颅磁刺激与外周神经电刺激两种刺激手段，调整两者之间的时间间隔（ISI）可使PAS对大脑皮质的兴奋性产生不同的影响。已有临床研究报道PAS可促进脑卒中后功能的恢复，但其作用机制尚未阐明。.研究内容：（1）通过电生理技术确定PAS干预的参数ISI；（2）建立脑缺血大鼠模型并进行PAS干预，从神经行为学和电生理学的角度观察PAS对脑缺血大鼠功能恢复、皮质兴奋性和海马LTP的影响；（3）观察PAS对脑梗死大鼠脑组织形态学结构的影响；（4）从分子学水平探讨PAS对脑梗死大鼠的作用机制。.结果：（1）PAS15 (ISI=15ms) 可使正常大鼠大脑皮质兴奋性增高，表现为MEP的波幅显著升高，使用NMDA受体阻滞剂后，这种兴奋效应被阻断。（2）PAS15可改善脑缺血大鼠的感觉运动功能，并使脑缺血大鼠患侧大脑皮质的兴奋性增高，且两者之间具有相关性；PAS还能促进脑缺血大鼠海马LTP的恢复，改善学习记忆功能。以上结果说明PAS能诱导脑缺血大鼠大脑功能发生有利的可塑性变化。（3）PAS15能使脑缺血大鼠海马CA1区和缺血半暗带皮质区突触超微结构发生变化，表现为突触界面曲率、突触活性区长度及突触后膜致密物质增加，并能促进神经元的存活，降低神经元凋亡比率，从而诱导脑缺血大鼠大脑结构发生有利的可塑性变化。（4）PAS15可调节脑梗死大鼠缺血皮质及海马区Glu/γ-GABA神经递质的含量，激活NMDAR/CaMKII/pCaMKII信号通路，抑制轴突生长抑制因子NogoA/NgR/RhoA信号通路，促进神经可塑性相关蛋白GAP-43、MAP-2及神经营养因子BDNF及其受体TrkB的表达，从而促进神经再生，发挥神经保护作用。.意义：本研究进一步证实了PAS可以促进脑卒中后功能的恢复，并从神经可塑性的角度初步揭示了PAS的作用机制，为其应用于脑卒中临床治疗提供了理论依据。