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研究目的:焦虑症是人群中最常见的情绪障碍,以焦虑性情绪体验为主要特征,表现为对未来事物的过分担心,严重危害着患者的身心健康。已有的研究表明内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex,m PFC)是焦虑的责任脑区,利用脑网络分析的方法有助于进一步了解焦虑病发的潜在机理。本论文以正常大鼠在高架十字迷宫焦虑状态的m PFC局部场电位(Local Field Potentials,LFPs)为研究对象,基于频域Granger因果分析,计算大鼠焦虑状态LFP网络因果连接强度,为探索焦虑的脑网络机制提供支持。研究方法:1.实验动物为8只雄性SD大鼠,10-12周龄,体重300-350 g。2.大鼠内侧前额叶皮层在体植入16通道微电极阵列,记录大鼠在高架十字迷宫自由探索10 min内侧前额叶皮层16通道LFPs,并利用Ethovision XT 8.5行为学分析软件分析大鼠的运动轨迹,以封闭臂走向开放臂(焦虑状态)10s内的LFPs作为研究对象。3.应用Butterworth低通滤波器(0.3-500 Hz)对16通道LFPs进行滤波,获得16通道LFPs。采用基线拟合和50 Hz陷波器的方法去除信号中的运动噪声造成的基线漂移,以及环境造成的工频干扰。4.运用短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)对焦虑状态16通道LFPs作时频分析,提取焦虑状态m PFC LFPs的特征频段。其中每个频段的范围为delta(1-4 Hz),theta(4-12 Hz),beta(12-30 Hz),low-gamma(30-70Hz)和high-gamma(70-120 Hz)。5.运用定向传递函数(Directed Transfer Function,DTF)计算焦虑状态16通道LFPs特征神经振荡的DTF值。6.运用Granger因果分析,分别计算大鼠在高架十字迷宫封闭臂和开放臂不同频段的DTF矩阵,分析焦虑状态网络连接强度。7.基于图论理论构建网络,计算在焦虑状态时各个频段的网络特征参数(全局效率),对焦虑状态的网络连接特性进行评估。8.运用独立样本t检验的统计分析方法对开放臂和封闭臂的LFPs不同频段网络的网络连接强度DTFmean,网络全局效率Eglob进行统计学分析。分析大鼠在开放臂和封闭臂的LFPs不同频段网络的网络连接强度DTFmean,网络全局效率Eglob的统计学差异。其中计量资料用均值±标准误表示。研究结果:1、大鼠在高架十字迷宫的行为学结果8只大鼠在高架十字迷宫的焦虑行为测试中表现出正常水平,进入开放臂的次数为19.2±1.2次,占总次数的的36.1±1.8%,进入开放臂的持续时间为146.2±11.5 s,占总时间的26.7±1.4%。2、大鼠在焦虑状态的LFPs特征分量大鼠在焦虑状态时LFPs能量主要集中theta频段。封闭臂theta频段能量密度(19.463±2.574)高于开放臂(12.812±0.738)(P<0.05)。大鼠从封闭臂走向开放臂的过程中,theta频段能量密度逐渐减弱。3、LFP网络因果连接强度计算大鼠焦虑状态的各频段LFP的DTF矩阵,各频段连接强度由高到低分别为theta频段最高,delta频段次之、随后是beta频段和low-gamma频段,最低为high-gamma频段。各频段连接强度在开放臂和封闭臂均具有显著性差异。焦虑状态theta频段封闭臂的网络连接强度DTFmean为0.0309±0.0008,开放臂的网络连接强度DTFmean为0.0207±0.0007(P<0.001);焦虑状态delta频段封闭臂的网络连接强度DTFmean为0.0305±0.0009,开放臂的网络连接强度DTFmean为0.0201±0.0007(P<0.001);焦虑状态beta频段封闭臂的网络连接强度DTFmean为0.0274±0.0008,开放臂网络连接强度DTFmean为0.0202±0.0006(P<0.001)。焦虑状态low-gamma频段封闭臂的网络连接强度DTFmean为0.0243±0.0009,开放臂网络连接强度DTFmean为0.021±0.0008(P<0.05);焦虑状态high-gamma频段封闭臂的网络连接强度DTFmean为0.0211±0.0007,开放臂网络连接强度DTFmean为0.0185±0.0006(P<0.05)。4、LFP网络连接特性基于DTF值构建LFP各频段网络,计算开放臂和封闭臂在各频段的网络全局效率Eglob。theta频段的Eglob值最大,delta频段次之,beta频段最小。low-gamma和high-gamma频段无显著性差异。theta频段封闭臂的Eglob值为0.0398±0.0010,开放臂为0.0289±0.0012(P<0.001);delta频段封闭臂的Eglob值为0.0393±0.0011,开放臂为0.0279±0.0012(P<0.001);beta频段封闭臂的Eglob值为0.0374±0.0011,开放臂为0.0298±0.0009(P<0.001);low-gamma频段封闭臂的Eglob值为0.0345±0.0012,开放臂为0.0299±0.0010(P>0.05);high-gamma频段封闭臂的Eglob值为0.0311±0.0012,开放臂为0.0278±0.0009(P>0.05)。研究结论:本论文基于正常大鼠在高架十字迷宫焦虑状态16通道局部场电位,研究焦虑状态m PFC的神经振荡和神经信息网络功能性连接,研究结果表明:(1)大鼠在焦虑状态时神经振荡的特征频段为theta频段,在封闭臂theta能量较强,在开放臂时theta能量较弱;在大鼠从封闭臂走向开放臂的过程中,theta能量减弱,提示m PFC的theta频段神经振荡的变化与探索行为有关。(2)大鼠在高架十字迷宫theta网络比其他网络的连接强度更强,theta网络在封闭臂网络连接强度较强,在开放臂的m PFC网络连接强度较弱;在焦虑状态过程中,theta网络连接先增强后减弱,提示m PFC的theta网络连接强度变化与探索行为有关。(3)大鼠在高架十字迷宫theta网络全局效率比其他网络的更高,theta网络全局效率在封闭臂Eglob值较高,在开放臂Eglob值较低;在焦虑状态过程中,theta网络全局效率先升高后降低。