Interneurons contribute to the hemodynamic/metabolic response to epileptiform discharges

中間神經元對癲癇樣放電的血流動力學/代謝反應有貢獻

來源：Journal of Neurophysiology, Volume 115, pages 1157-1169, 2016

《神經生理學雜志》，第115卷，第1157-1169頁，2016年

 

摘要

摘要闡述了研究通過在大鼠體感皮層進行多模式同步記錄，包括局部場電位（LFPs）、單個神經元放電、腦血流（CBF）和組織氧分壓（Po2），探究癲癇樣放電（EDs）期間神經血管耦合機制。結果顯示，LFPs與CBF以及LFPs與Po2之間存在強耦合。在線性模型中，LFPs、基線CBF和Po2對血流和氧反應有顯著貢獻。在402個神經元記錄分析中，CBF/Po2與推定中間神經元（INTs）的放電相關，而與主要細胞（PCs）無關。表明中間神經元活動在癲癇樣放電的血管和代謝反應中起重要作用。

 

研究目的

研究目的是確定在癲癇樣放電期間，血流動力學/代謝反應如何與驅動興奮（推定主要細胞）和抑制（推定中間神經元）的細胞活動相關，以改善對功能性磁共振成像（fMRI）信號的理解，特別是在癲癇背景下神經血管耦合的機制。

 

研究思路

研究思路是使用麻醉大鼠的體感皮層模型，通過微注射bicuculline誘導癲癇樣放電，同時記錄多模式信號，包括局部場電位（LFPs）、多單元活動（MUA）、腦血流（CBF）和組織氧分壓（Po2）。使用線性模型（如一般線性模型GLM）測試神經元參數（如單單元和多單元活動）預測血流和代謝反應的能力。通過分類神經元為PCs和INTs，分析其活動與CBF/Po2響應的相關性，并評估同步性和募集效應。

 

測量的數據及研究意義

1 LFP振幅數據：測量癲癇樣放電期間不同時間窗口（如快速波、慢波）的LFP振幅。研究意義：LFP振幅與CBF和Po2響應強相關，表明突觸活動是神經血管耦合的關鍵驅動因素，來自圖3和圖6。

 

 

2 單單元活動數據：記錄推定主要細胞（PCs）和中間神經元（INTs）的放電頻率和模式，分類基于動作電位波形。研究意義：INTs活動與CBF/Po2波動顯著相關，而PCs不相關，提示INTs在調節血流和氧代謝中起主導作用，來自圖4和圖5。

 

 

 

 

3 CBF和Po2響應數據：測量癲癇樣放電觸發的血流和氧分壓變化，包括響應幅度和時間曲線。研究意義：CBF和Po2響應與EDs幅度和基線活動相關，揭示神經血管耦合的飽和效應和基線影響，來自圖7和圖8。

 

 

4 同步性數據：分析神經元活動的交叉相關，評估CRH細胞內部和跨半球的同步性。研究意義：活動高度同步，表明下丘腦內協調機制確保整體輸出匹配威脅嚴重程度。

 

結論

1 中間神經元活動是癲癇樣放電期間血管和代謝反應的重要預測因子，通過調節血流和氧水平貢獻于神經血管耦合。

2 LFP振幅和基線活動（如EDs間隔）能預測CBF和Po2響應波動，表明神經血管耦合受突觸活動和基礎狀態影響。

3 研究支持在癲癇模型中，中間神經元的作用優于主要細胞，為fMRI信號解讀提供新見解，尤其適用于負BOLD響應分析。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense氧微電極（Clark風格，尖端直徑10μm）測量組織氧分壓（Po2），研究意義在于提供高精度、實時的氧水平量化，直接反映代謝活動。電極通過兩點校準（如95% O2和空氣飽和溶液），確保測量準確性，延遲估計約750毫秒，包括氧擴散和代謝激活時間。在本研究中，Po2數據與癲癇樣放電同步記錄，顯示氧消耗與神經元活動耦合，幫助揭示代謝響應的時間動態和幅度變化。例如，Po2下降與EDs相關，表明氧化磷酸化激活，而電極的高靈敏度允許檢測細微波動，強化了神經血管耦合模型中代謝成分的重要性。這種測量為理解癲癇中氧供需平衡提供了關鍵數據，支持開發更準確的fMRI模型，用于臨床癲癇定位。