SCA3小鼠的腦電研究和生物信息學(xué)分析.pdf

1、脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)(Spinocerebellar ataxias，SCAs)是一種在臨床上和遺傳上多相群的遺傳性神經(jīng)退行性疾病，是人類神經(jīng)系統(tǒng)的主要遺傳疾病之一，也是遺傳性共濟(jì)失調(diào)的主要類型。患病率約在1-5/10萬，平均發(fā)病年齡為30歲，發(fā)病后生存期大多數(shù)為10余年，并且有近38％的患者直接由于該疾病導(dǎo)致死亡。
　　SCAs有眾多的亞型，不同亞型在各地區(qū)和種族中的發(fā)病率不一致，形成了SCAs紛繁、復(fù)雜的臨床表現(xiàn)。SCA3又稱馬

2、查多-約瑟夫病(MJD)，疾病的相關(guān)基因是為ATXN3/MJD1，于1994年被克隆，編碼的蛋白是Ataxin。在中國人群中，該型幾乎占所有SCA患者的50％。SCA3被認(rèn)為是認(rèn)知功能損害最常見的亞型，對于SCA3型初期首發(fā)癥狀多表現(xiàn)為下肢共濟(jì)失調(diào)，表現(xiàn)為走路時(shí)步履不穩(wěn)、肢體搖晃、動(dòng)作反應(yīng)遲緩及準(zhǔn)確性變差;中期說話時(shí)發(fā)音含糊不清、無法控制音調(diào)、眼球轉(zhuǎn)動(dòng)不平順、影像容易產(chǎn)生“重疊”（復(fù)視）、肌肉不協(xié)調(diào)感加重、無法寫字、有時(shí)感到吞咽困難、進(jìn)

3、食時(shí)容易嗆咳;晚期說話極不清楚、甚至無法言語、肢體乏力、不能站立、需靠輪椅代步、理解能力逐步下降、最后失去意識(shí)、昏睡不醒。
　　SCA疾病被人發(fā)現(xiàn)了以后，國內(nèi)外無數(shù)研究者們對其進(jìn)行了多方面的深入研究，認(rèn)識(shí)到了脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)患者存在認(rèn)知功能的損害，在這以后，研究者們便開始探索更深層次的發(fā)病機(jī)制，并且嘗試了很多方法，試圖從不同的角度證明他們關(guān)于發(fā)病機(jī)制的猜想，目前對SCA疾病的研究多是基因及病理生理方面，通過神經(jīng)內(nèi)分泌方面對SCA

4、最常見的分型SCA3小鼠學(xué)習(xí)記憶進(jìn)行研究目前尚且不多，脊髓小腦型共濟(jì)失調(diào)3型小鼠的腦電研究目前未見相關(guān)報(bào)道。
　　腦-機(jī)接口((Brain-Computer Interface，BCI)是近現(xiàn)代科學(xué)家們開發(fā)的一套系統(tǒng)，其功能十分強(qiáng)大，它可以將人腦同其他電子設(shè)備進(jìn)行連接，從而讓人能夠通過大腦去控制這些設(shè)備，而該設(shè)備的理論基礎(chǔ)則是通過人腦的腦電波來實(shí)現(xiàn)的，該種設(shè)備很大的優(yōu)點(diǎn)，就在于它不需要借助人體自身的外周神經(jīng)和肌肉組織等，便能夠?qū)⒛X

5、電波的信號(hào)輸入到外部設(shè)備中去，再通過計(jì)算機(jī)和一些算法對該腦電信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成可以被外部電子設(shè)備所識(shí)別的機(jī)器信號(hào)，從而使人腦能夠?qū)?fù)雜的機(jī)械裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，而最初的腦電信號(hào)也是從人大腦中特定的區(qū)域采集的，該信號(hào)記錄了一群特定神經(jīng)元的活動(dòng)。而該腦-機(jī)接口技術(shù)中，最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，就是對大腦特定的區(qū)域進(jìn)行信號(hào)采集，并將該信號(hào)進(jìn)行處理。相關(guān)學(xué)者建立了一整套的腦-機(jī)接口研究系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是針對于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的，本實(shí)驗(yàn)利用腦-機(jī)接口技術(shù)首次對S

6、CA3模型小鼠進(jìn)行腦電采集并對腦電信號(hào)進(jìn)行了特征分析。
　　目的:
　　本文研究的目的是探討利用腦-機(jī)接口技術(shù)采集SCA3模型小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腦電信號(hào)，分析并識(shí)別小鼠某些特定腦區(qū)中的特征信號(hào)，通過對照試驗(yàn)記錄各項(xiàng)參數(shù)，對各組進(jìn)行區(qū)別，為臨床診斷和疾病發(fā)病機(jī)制的研究提供新的依據(jù)。
　　方法:
　　雄性SCA3基因小鼠和雄性野生型(WT)小鼠均來源于鄭州大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，體重20-23g，年齡12個(gè)月老年期SCA3

7、小鼠和WT小鼠各一組，每組6只，年齡3個(gè)月生長期SCA3基因小鼠一組，每組6只。
　　自制電極，植入小鼠小腦及大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)，利用Blackrock cerebus128通道采集系統(tǒng)，進(jìn)行以下數(shù)據(jù)采集與分析。
　　1.12月齡雄性SCA3小鼠與雄性WT的小鼠進(jìn)行α、β、θ、δ四種腦電波比較和lz復(fù)雜度比較。
　　2.12月齡雄性SCA3小鼠與雄性WT的小鼠進(jìn)行場電位的近似熵和C0復(fù)雜度平均值對比。
　　3.12月

8、齡雄性SCA3小鼠與3月齡雄性SCA3小鼠進(jìn)行β波段lz復(fù)雜度對比。
　　結(jié)果:
　　1.12月齡SCA3造模小鼠相比于WT小鼠四個(gè)波段的能量均明顯增高，四個(gè)波段能量對比數(shù)據(jù)經(jīng)過t檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)p值分別為0.000，0.0005，0.0001，0.0013;均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，lz復(fù)雜度在β波段最為明顯。
　　2.12月齡SCA3造模小鼠與WT小鼠場電位分析中造模組小鼠近似熵較低，C0復(fù)雜度較高。
　　3.12月齡雄性S