大鼠大脑皮层和脊髓电生理信号的记录

本研究发现染成橙红色的皮质脊髓束定位于在 延髓锥体、锥体交叉、颈髓、胸髓后索深层，与其背侧 的薄束分界清晰，其出现的部位及排列与大鼠皮质
脊髓束在延髓和脊髓走行相一致。同时我们还发现 大鼠的皮质脊髓束神经纤维较细，排列紧密，而其背 侧的薄束纤维较粗。丽春红染色正是根据这些神经 纤维的解剖学特点将两者区分开来，为解决神经损 伤与修复研究中神经纤维的定位问题提供了较好的 染色方法。
ｒｅｐｌｉｃａｓ ｆｒｏｍ ｂｌｏｔｓ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗｅｓｔｅｒｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ［Ｊ］． Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ， ２０００， ２１（３）：５２３． ［７］ 田玉旺，李 琳，李 丽，等． 神经髓鞘染色新方法的建 立及其原理探讨 ［Ｊ］． 中国组织化学与细胞化学杂志， ２００４，１（３ ４）：５４３． ［８］ 田玉旺，丁华野，冷咏梅，等． 水溶性猩红－ 亮绿双重染色 法在显示神经髓鞘中的应用［Ｊ］．中华病理学杂志， ２０００， ２９（４）： ３１０．
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通切片标本上，由于经有机溶剂处理，髓鞘中大部分 类脂质被溶解，仅遗留一些不易溶于有机溶剂的蛋 白结构［３］。
在显示神经纤维实验研究中，需用特殊的髓鞘 染色法显示神经髓鞘。常用的髓鞘染色方法有经典 Ｗｅｌｌ 染色法、经典碳酸锂苏木精染色法、固绿染色 法、银染法等。经典 Ｗｅｌｌ 染色法结果对比度差、步骤 多、分化难于掌握［４］；经典碳酸锂苏木精染色法的主 要缺陷是染色时间长、步骤繁琐、易脱片，温度需控 制在 ５０℃～５５℃［５］；锇酸价格昂贵，浸透性差，常造成 染色失败。
［参考文献］
［１］ 王志功，吕晓迎，顾晓松． 中枢神经信号微电子检测、处 理与重建研究 ［Ｍ］． 第十四届中国神经网络学术会议论 文集． 安徽：合肥工业大学出版社， ２００４． １０．
［２］ 李 喆，陈德英． 同时显示大鼠中枢神经系统神经元和 神经纤维技术对其定性、半定量和定位研究的意义［Ｊ］． 中国临床康复，２００４，（８ １６）：３１９４．
（南通大学航海医学研究所，南通 ２２６００１）
［摘 要］ 目的：研究利用插入式微电极对大鼠大脑皮层和脊髓电生理信号进行长时间稳定采集、记录的技术方
法。方法：以大鼠作为实验对象，分别在其大脑运动皮层和脊髓内插入电极，利用神经信号处理系统采集记录中枢神经
电信号。结果：分别成功采集记录到皮层和脊髓内复合型中枢神经电信号。结论：插入式电极在皮层及脊髓能稳定记录
本实验是在动物麻醉状态下进行的，随着时间变 化，麻醉程度的不同，所记录到的信号发放频率、幅度 有较大差异。因此，动物在非麻醉状态下的电信号尤 其是脊髓电信号的采集分析有待进一步研究。对所记 录的神经电信号波形进一步统计分析，从而解释相应 的机体运动行为以及植入式微电极阵列的植入、采 集、分析等研究也需进一步探索。
极或多电极尖端插入点位于下行脊髓通路中，电极
图 ４ 第 １２ 通道的一组波形
尖端靠近来自大脑不同神经元胞体的相对密集的轴 突传导束，从而记录到复杂的脊髓的电信号波形。
３讨 论
脊髓损伤后，尽管细胞移植、桥接等方法能使轴 突部分再生［５］，但其功能恢复是相当有限的。脑－ 机接 口技术的应用为脊髓损伤患者机体功能的重建提供 了可能性。目前在控制和运动信号的采集、数据解码 和命令输出各环节的研究初有成效［６￣９］，这将使脊髓 损伤患者由“想”变为“行动”成为可能［１０］。本实验采 用 Ｃｅｒｅｂｕｓ 系统，分别稳定地记录到了大鼠大脑皮
［３］ 顾晓松主编． 人体解剖学［Ｍ］． 北京：科学出版社，２００４．２９８． ［４］ 徐 媛， 王 钰． 提高 Ｗｅｌｌ 髓鞘染色效果的方法［Ｊ］． 沈阳
医学院学报， ２００２，４（２）：１０８． ［５］ 郑 辉． 微波技术在髓鞘染色中的应用 ［Ｊ］． 临床与实验
病理学杂志，１９９９，１５（２）：１８２． ［６］ Ｇｏｔｚｍａｎｎ Ｊ， Ｇｅｒｎｅｒ Ｃ． Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｐｏｎｃｅａｕ
到中枢神经电信号，为植入式微电极阵列在中枢系统特别是脊髓内的长期植入记录建立一定的实验基础。
［关键词］ 电极；大脑皮层；脊髓；电信号；大鼠
［中图分类号］ Ｒ３３８
［文献标识码］ Ａ
Ｒｅｃｏｒ ｄｉｎｇ ｏｆ ｓｉｇｎａｌｓ ｆｒ ｏｍ ｃｅｒ ｅｂｒ ａｌ ｃｏｒ ｔｅｘ ａｎｄ ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒ ｄ ｉｎ ｒ ａｔｓ
对脊髓损伤患者的治疗，在减轻继发性损伤的 基础上促进脊髓再生与修复是一贯的治疗原则和方 法［１］。运用功能性电刺激法可促进脊髓损伤后功能恢 复［２］。随着微电极技术的发展，脑－ 机接口技术的研究 报道日益增多，这项技术通过实时采集大脑皮层各 区神经元相应运动时的电生理信号，经分析解码实 时控制机器臂等外接功能装置实现部分机体功能的 重建［３］。在脊髓损伤处植入微电极芯片，采集分析大 脑皮层发出的运动控制信号，整合处理后输出到下 行通路从而实现机体功能的重建将是未来研究的重 点和方向［４］。本研究主要探索大脑皮层和脊髓电生理 信号的采集记录方法，分析描述电信号的特征，从而 为植入式微电极阵列的采集记录方法建立一定的实 验基础。
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２Hale Waihona Puke ０６ ∶２６（６）号，进行组合波的纯化分离和频率、幅度、波长等分 析处理。
２结 果
２．１ 大鼠大脑皮层神经元放电波形观察 经 ｃｅｒｅ－ ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ 采集记录（采样频率 ３０ｋＨｚ／ｓ，有效阈电位 选择为－ ６０μＶ）到的电信号为阵发性双向波形（图 １）。由图中看出，所记录到的大脑皮层神经元放电波 形主要有两种，由 ｃｅｒｅｂｕｓ 系统分离显示后可见两种 独立的双向放电波形，波幅（２８０±３０）μＶ，波长（０．７± ０．１ｍｓ）。
１．２ 手术及实验方法 ＳＤ 大鼠（南通大学实验动物 中心提供）１２ 只，２３０￣２５０ｇ，雌雄不限，其中 ５ 只记 录大脑皮层神经元的电信号，４ 只记录脊髓单电极 电信号，３ 只记录脊髓多电极电信号。在大脑皮层电 信号记录实验中，将动物经腹腔用复合麻醉剂 Ｃｈｌｏｒａｌ Ｈｙｄｒａｔ（ｅ ２ｍｌ／ｋｇ）麻醉后固定于立体定位仪， 在头顶部正中纵行切开皮肤、骨膜，以刀柄推开骨 膜，在一侧冠状缝后矢状缝外颅骨上用牙科钻配合 咬骨钳开出一直径约 ５ｍｍ 的小孔，用显微镊挑破硬 脑膜，暴露右侧运动皮层。将固定在微电极推进器上 的单电极靠近大脑皮层并插入电极尖端，在记录电 极一侧约 １ｃｍ 处置入参比电极，在大鼠右侧大腿插 入接地电极后进行记录。在脊髓电信号记录实验中， 将动物同上述方法麻醉固定后，取背正中切口，切除 Ｔ７￣Ｔ８ 处椎板，注意勿伤及硬脊膜，暴露脊髓约 １ｃｍ 长，用显微镊挑开硬脊膜，暴露脊髓。正中偏右斜向 （４５ 度）插入单电极或多电极（含 １０ 根微电极）插入 深度为 ０．８￣１．０ｍｍ。同样放好参比电极及接地电极 后进行记录。 １．３ 计算机信号处理 采用 Ｃｅｒｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ，长时间 记录电信号。进行有效阈值调节，获取去干扰电信
南 通 大 学 学 报（ 医 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）２００６ ∶２６（６）
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［文章编号］１０００－ ２０５７（２００６）０６－ ０４０３－ ０３
大鼠大脑皮层和脊髓电生理信号的记录 ＊
沈卫星 ＊＊，姜正林 ＊＊＊
ｃｅｒｅｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ 采集记录（采样频率 ３０ｋＨｚ／ｓ，有效阈 电位选择为－ １２０μＶ）到一组比大脑皮层电信号较大 的放电信号波形，经 ｃｅｒｅｂｕｓ 系统分离显示，可见 ４ 种独立的双向放电波形（图 ２）。其中两组波幅较大， 其值为（３６５０±２８０）μＶ，两组波幅较小，其值为（５２０± ２０）μＶ。波长分别为（０．６±０．１）ｍｓ 和（０．４±０．１）ｍｓ。
１ 材料和方法
１．１ 主要仪器 １２８ 道神经信号处理系统（ｃｅｒｅｂｕｓ－ ｓｙｓｔｅｍ，美国）；立体定位仪（江湾 Ｉ 型，上海）；铂－ 玻 璃微电极（尖端直径 １０ｕｍ，阻抗 ３６０￣７４０ｋΩ，美国）； 多电极（自制）；微电极推进器（Ｐｆ５－ １，日本）；牙科钻 （上海）；参比电极、接地电极、连接线等。
＊ ［基金项目］ 国家自然科学基金重点项目（９０３０７０１３）子项目 ＊＊ ［作者简介］ 沈卫星，男，生于 １９７１ 年 ４ 月，汉族，江苏省南通市人，实验师，硕士研究生，研究方向：中枢神经电生理。 ＊＊＊ ［通讯作者］ 姜正林，电话：０５１３－ ８５０５１７９６，Ｅ－ ｍａｉｌ：Ｊｉａｎｇｚｌ＠ｎｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
图 １ 大脑皮层神经元放电波形 Ａ 叠加波形，Ｂ、Ｃ 分离后的两种双向放电波形
２．２ 大鼠脊髓 Ｔ７￣Ｔ８ 处放电信号单电极观察 经
图 ２ 脊髓神经传导束放电波形 Ａ 叠加波形，Ｂ、Ｃ 、Ｄ、Ｅ 分离后的 ４ 种双向放电波形
２．３ 大鼠脊髓 Ｔ７￣Ｔ８ 处放电信号多电极观察 经 ｃｅｒｅｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ 采集记录（采样频率 ３０ｋＨｚ／ｓ，有效阈 电位选择为－ １２０μＶ）到 ８ 道（有 ２ 道无有效信号）放 电信号波形（图 ３），经 ｃｅｒｅｂｕｓ 系统分别将 ８ 道信号 加以分离显示，可见多种独立的双向放电波形（图 ４ 显示了其中一个通道的一组波形）。其值为（１８５０± ２２０）μＶ，波长为（０．７±０．１）ｍｓ。
ＳＨＥＮ Ｗｅｉｘｉｎｇ， ＪＩＡＮＧ Ｚｈｅｎｇｌｉｎ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｕｔｉｃａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， Ｎａｎｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６００１）
［Ａｂｓｔｒ ａｃｔ］ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ： Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ ｔｉｍｅ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｆｒｏｍ ｃｏｒｔｅｘ ａｎｄ ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ ｉｎ ｒａｔｓ． Ｍｅｔｈｏｄｓ： Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｗｅｒｅ ｐｌｕｇｇｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｔｅｘ ｏｒ ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ ｏｆ ｒａｔｓ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌｓ ｗｅｒｅ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｂｙ Ｃｅｒｅｂｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ． Ｒｅｓｕｌｔｓ： Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｕｌｔｉ－ ｓｉｇｎａｌｓ ｗｅｒｅ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｉｎ ｃｏｒｔｅｘ ｏｒ ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ ｓｕｃ－ ｃｅｓｓｆｕｌｌｙ． Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ： Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌｓ ｆｒｏｍ ｃｏｒｔｅｘ ａｎｄ ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｓｔａｂｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｒｒａｙ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ］ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ； Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｃｏｒｔｅｘ； Ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ； Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ；Ｒａｔ