近幾十年來，新興的神經刺激手段，如腦深部電刺激(DBS)、經顱磁刺激(TMS)、經顱直流電刺激(tDCS)等，已在臨床和實驗室研究中用于治療癲癇。其中，無創經顱磁刺激治療癲癇的研究越來越受到國內外研究者和臨床醫師的關注。研究表明，20～100Hz的電磁刺激(EMS)對持續部分性癲癇有積極的治療作用。影響癲癇的磁場刺激的另一個關鍵參數是磁刺激的持續時間(即刺激脈沖的數量)。研究表明，3000個脈沖的磁刺激減少了23％的癲癇發作，1500個脈沖減少了3％。雖然這些研究證明不同模式的磁刺激可以調節EFA過程，但其強度和時間依賴性的微觀效應無法實時記錄。


使用無鎂人工腦脊液(ACSF)建立的癲癇樣活動(EFA)模型已經成為一種被廣泛接受的顳葉癲癇模型。近年來的研究表明，癲癇發作開始前存在從短暫的發作問期放電(IIDs)到延長的發作期放電(IDs)的過渡過程。然而，EMS是否會影響IIDs向IDs的轉變尚未被研究。


因此，為了進一步解決上述這類問題，天津工業大學  提出了基于多電極陣列記錄的實時電磁刺激對癲癇樣活動的調制作用及電磁刺激用于癲癇放電模型研究的可行性，并進一步確定了其對海馬的不同強度和時間效應。


(1)構建大鼠癲癇模型

采用持續灌流低水平鎂離子(Mg2+被從正常人工腦脊液中移除，其他離子濃度不變)的人工腦脊液ACSF來誘發癲癇樣放電活動，這種方式構成的顳葉癲癇實驗模型現在被廣泛接受。實驗前1h，對大鼠進行稱重和深度麻醉。將大鼠迅速斷頭置于4℃的冰枕中，并置于準備好的0℃ACSF中3分鐘，以確保大腦處于低代謝水平。ACSF提前10min注入95％O2/5％CO2。將左腦和右腦分別放在4℃的冰枕上，然后將它們放回0℃的ACSF中。取出左(或右)腦區，放入模具中，用冰夾夾住。用配置好的36℃液體瓊脂將腦切片固定在模具中。將模具固定在振動組織切片機上進行切片。選取海馬CA1、CA3和DG區完整的腦片，轉移到孵育槽中，在32℃含95％O2/5％CO2的ACSF中孵育至少2h。


(2)微電極陣列(MEA)記錄誘發的癲癇樣活動EFA


多電極陣列電生理記錄系統主要由MEA主機、灌注系統和溫度控制器組成。實驗過程中，將孵育的海馬腦片從孵育槽快速轉移到玻璃電極上，然后將玻璃電極放入MEA2100-60中。合理調整海馬腦片位置，確定每個海馬腦片區域對應玻璃電極的64個記錄點。灌注系統使用前10min持續向ACSF注入95％O2/5％CO2的混合液，以保證腦片的活性和正常代謝能力。同時打開溫控器，確保MEA2100記錄平臺和灌注液的溫度保持在37℃。


(3)實時EMS的實驗設置與應用


用于產生磁場的線圈由銅線制成，纏繞在有機玻璃框架上。磁刺激線圈驅動器由數據采集卡和自制功率放大器組成。輸入波形為內間隔10ms的脈沖信號，刺激脈寬也為10ms。逆時針設置磁圈電流，將腦片置于磁圈上方約7mm處。在一段時間內記錄到穩定的EFA事件后，添加高、低峰對峰輸入電壓的100hz EMS(設定不同持續時間)。


(4)數據分析及處理


無鎂ACSF灌注10～15min后，電極陣列系統可記錄到海馬CA1、CA3和DG區錐體細胞層異常同步癲癇樣放電，并逐漸進入穩態。每個EFA都涉及從IIDs到IDs的轉換。記錄過程中，海馬腦片自發放電信號峰值超過背景標準差4倍，連續放電時間超過300ms的事件被識別為EFA。將連續放電時間＆lt;300ms的癲癇事件定義為IIDs(交互放電)，連續放電時間＆gt;2000ms的癲癇事件定義為IDs(工業放電)。采用MEA配套分析軟件對數據進行分析和處理。實驗收集的數據通過數字導出，使用MATLAB和Origin 9.0軟件進行處理和統計分析。采用單因素方差分析確定試驗組間差異，組間多重比較采用Tukey′s post-hoc檢驗進行校正。


(5)不同模式對癲癇放電活動的調控作用


記錄穩定的EFA事件一段時間后，加入低峰值和高峰值輸入磁場強度的實時脈沖磁刺激，低強度實時磁場干預5分鐘可降低IDs的幅度，IDs事件仍然存在，而高輸入電壓實時磁場干預5分鐘可降低IDs的頻率和幅度，IDs事件已被完全抑制，短時高、低輸入強度磁場對EFA無影響，實時磁場可以阻斷從IIDs到IDs的正常EFA過程，即一個完整的EFA循環，這種抑制效果與輸入強度和干預時間有關。此研究進一步提出了磁刺激作為抗癲癇替代療法的可能性。