动物行为与光电专题㉘丨癫痫小鼠脑电信号采集
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选取雄性野生型小鼠，随机给每个小鼠植入电极，植入电极的脑区为海马CA1、皮层初级前肢感觉皮层（S1FL），初级运动皮层，每个小鼠随机选取海马或皮层脑区作为电极植入位点，电极植入后的小鼠随机分为癫痫小鼠模型组、癫痫小鼠VPA治疗组、正常小鼠VPA对照组以及癫痫小鼠电针干预组。
小鼠癫痫行为等级评价按照修改的Racine行为等级标准进行统计，将小鼠急性癫痫发作分为6个等级：（1）静止，（2）僵硬、强直，（3）点头，（4）间歇性阵挛，（5）持续性阵挛，（6）强直全身阵挛，剧烈跳跃。
给做完植入手术的小鼠2到3天的时间恢复，然后可以进行神经信号的采集。将小鼠电极连接片上的接口与head stage连接后接到Plexon记录系统。主要采集的信号有群体细胞的局部场电位LFP和单个细胞的动作电位。在记录小鼠神经电信号的同时，用摄像机记录小鼠的行为状态，那么能使电信号与行为关联起来。用1kHz的采样频率和连续采样的方式可记录到群体细胞的场电位。采集动作电位用40KHz的采样频率和阈值触发的方式进行，首先设定一个合适的阈值，当信号的大小达到或超过阈值的大小时，就会被记录下来，所以若阈值设置的太低会使记录到不需要的噪音增加，若阈值太高会减少神经元放电信号的采集。采集到的波形是否完整，需要根据记录的神经元提前设置波形的总长度(waveform length)以及阈值触发前波形的长度(pre-threshold)。在这里我们设置记录波形的总长为1400ms，阈值触发前记录波形的长度为400ms。各组小鼠神经电信号采集：癫痫小鼠模型组、癫痫小鼠VPA治疗组、正常小鼠VPA对照组、癫痫小鼠电针干预组行为观察前2-3天做电极植入手术，2-3天小鼠恢复且能记录到神经电信号的小鼠开始电生理记录，记录10min基线后开始造模或治疗并同时记录1h内的电生理信号及小鼠行为学。
动作电位分析
对于动作电位的分析，首先用offline sorter软件将波形的最小值处对齐后选择主成分分析，在三维空间或二维平面中按照可选择的不同波形特征参数的组合，以聚类的方式将噪音与神经元的放电信号分离开来并除去噪音，得到单个神经元发放的动作电位与时间的关系；其次将plx文件中的动作电位数据经matlab软件分析，区分出不同神经元以及其所带的放电信息；最后由neuro explorer分析软件选择相应的算法对数据做出结果。局部场电位经过FPA lign软件的滤波处理后，得到连续的场电信号与时间的关系，经过neuro explorer分析软件选择相应的算法对数据做出结果。
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S1FL、M1、CA1脑区记录到的神经元spike波形示意图
多通道在体记录技术在一只活体小鼠的脑组织内可记录到多个神经元，这些神经元经过离线软件的主成分分析，去掉一定的噪音后，可初步观察到记录的神经元数量和神经元spike波形。图A为在S1FL脑区记录到的5个神经元及其波形，图B为在M1脑区记录到的6个神经元及其波形，图C为在海马CA1脑区记录到的6个神经元及其波形。
在6只癫痫小鼠模型组上记录到海马CA1脑区有18个神经元，S1FL脑区有47个神经元，M1脑区有18个神经元。在9只癫痫小鼠VPA治疗组上记录到海马CA1脑区有77个神经元，S1FL脑区有57个神经元，M1脑区有9个神经元。在3只正常小鼠VPA对照组上记录到海马CA1脑区有25个神经元，S1FL脑区有12个神经元，M1脑区有5个神经元。
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三组小鼠在S1FL、M1、CA1脑区记录到的神经元数量
(A)癫痫小鼠模型组在S1FL、M1、CA1脑区的神经元数量,(B)癫痫小鼠VPA治疗组在S1FL、M1、CA1脑区的神经元数量，(C)正常小鼠VPA对照组在S1FL、M1、CA1脑区的神经元数量
由KA诱发癫痫的小鼠在S1FL、M1和海马CA1脑区记录的神经元放电情况主要有三种放模式：（1）基线记录之后的零点注射KA后，放电频率迅速上升，到达峰值后迅速回落，之后又会有一个小幅度的放电频率的回弹，最后皮层上的放电频率趋近于0；（2）基线记录之后的零点注射KA后，放电频率先迅速下降迅速下降至零点附近，之后放电频率会有一个小幅度的回弹，到达峰值后，下降趋近于0；（3）基线记录后的零点注射KA后，放电频率迅速上升，到达峰值后迅速回落至0附近，之后几乎也不再有放电。
在KA诱导的癫痫小鼠中，在S1FL脑区中记录到的3种主要的放电模式中，有18个神经元为放电模式1，占38%，有11个神经元属于放电模式2，占23%，有16个神经元属于放电模式3，占34%，另外记录到2个神经元不在上述主要放电模式中。在M1脑区中记录到的3种主要的放电模式中，有5个神经元为放电模式1，占28%，有12个神经元属于放电模式2，占67%，有1个神经元属于放电模式3，占6%。在海马CA1脑区中记录到的3种主要的神经元属于放电模式3，占6%。在海马CA1脑区中记录到的3种主要的放电模式中，有10个神经元为放电模式1，占56%，有6个神经元属于放电模式2，占33%，有1个神经元属于放电模式3，占5%，另外记录到1个神经元不在上述主要放电模式中。
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多通道在体记录技术记录癫痫小鼠模型组S1FL、M1、CA1脑区的神经元变化情况。蓝色虚线代表腹腔注射KA的时间点
参考文献：
Clinical features of benign epilepsy of childhood with centrotemporal spikes in chinese children.[J]. Liu Meng-Jia;;Su Xiao-Jun;;Shi Xiu-Yu;;Wu Ge-Fei;;Zhang Yu-Qin;;Gao Li;;Wang Wei;;Liao Jian-Xiang;;Wang Hua;;Mai Jian-Ning;;Gao Jing-Yun;;Shu Xiao-Mei;;Huang Shao-Ping;;Zhang Li;;Zou Li-Ping.Medicine,2017
Efficacy, safety, and tolerability of lacosamide monotherapy versus controlled-release carbamazepine in patients with newly diagnosed epilepsy: a phase 3, randomised, double-blind, non-inferiority trial[J]. Michel Baulac;;Felix Rosenow;;Manuel Toledo;;Kiyohito Terada;;Ting Li;;Marc De Backer;;Konrad J Werhahn;;Melissa Brock.The Lancet Neurology,2017
刘宇辰. 丙戊酸钠和电针对海人藻酸诱导的急性癫痫小鼠脑电的影响[D].上海中医药大学,2023.
Valproic acid after five decades of use in epilepsy: time to reconsider the indications of a time-honoured drug[J]. Torbjörn Tomson;;Dina Battino;;Emilio Perucca.The Lancet Neurology,2016
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