近幾十年來，新興的神經(jīng)刺激手段，如腦深部電刺激(DBS)、經(jīng)顱磁刺激(TMS)、經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)等，已在臨床和實(shí)驗(yàn)室研究中用于治療癲癇。其中，無創(chuàng)經(jīng)顱磁刺激治療癲癇的研究越來越受到國內(nèi)外研究者和臨床醫(yī)師的關(guān)注。研究表明，20～100Hz的電磁刺激(EMS)對持續(xù)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(guān)鍵參數(shù)是磁刺激的持續(xù)時間(即刺激脈沖的數(shù)量)。研究表明，3000個脈沖的磁刺激減少了23％的癲癇發(fā)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(diào)節(jié)EFA過程，但其強(qiáng)度和時間依賴性的微觀效應(yīng)無法實(shí)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(jīng)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(fā)作開始前存在從短暫的發(fā)作問期放電(IIDs)到延長的發(fā)作期放電(IDs)的過渡過程。然而，EMS是否會影響IIDs向IDs的轉(zhuǎn)變尚未被研究。

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

(1)構(gòu)建大鼠癲癇模型

采用持續(xù)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(fā)癲癇樣放電活動，這種方式構(gòu)成的顳葉癲癇實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ同F(xiàn)在被廣泛接受。實(shí)驗(yàn)前1h，對大鼠進(jìn)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(zhǔn)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(qū)，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(jī)上進(jìn)行切片。選取海馬CA1、CA3和DG區(qū)完整的腦片，轉(zhuǎn)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(fā)的癲癇樣活動EFA

多電極陣列電生理記錄系統(tǒng)主要由MEA主機(jī)、灌注系統(tǒng)和溫度控制器組成。實(shí)驗(yàn)過程中，將孵育的海馬腦片從孵育槽快速轉(zhuǎn)移到玻璃電極上，然后將玻璃電極放入MEA2100-60中。合理調(diào)整海馬腦片位置，確定每個海馬腦片區(qū)域?qū)?yīng)玻璃電極的64個記錄點(diǎn)。灌注系統(tǒng)使用前10min持續(xù)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(shí)時EMS的實(shí)驗(yàn)設(shè)置與應(yīng)用

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

(4)數(shù)據(jù)分析及處理

無鎂ACSF灌注10～15min后，電極陣列系統(tǒng)可記錄到海馬CA1、CA3和DG區(qū)錐體細(xì)胞層異常同步癲癇樣放電，并逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。每個EFA都涉及從IIDs到IDs的轉(zhuǎn)換。記錄過程中，海馬腦片自發(fā)放電信號峰值超過背景標(biāo)準(zhǔn)差4倍，連續(xù)放電時間超過300ms的事件被識別為EFA。將連續(xù)放電時間＆lt;300ms的癲癇事件定義為IIDs(交互放電)，連續(xù)放電時間＆gt;2000ms的癲癇事件定義為IDs(工業(yè)放電)。采用MEA配套分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)通過數(shù)字導(dǎo)出，使用MATLAB和Origin 9.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析確定試驗(yàn)組間差異，組間多重比較采用Tukey′s post-hoc檢驗(yàn)進(jìn)行校正。

(5)不同模式對癲癇放電活動的調(diào)控作用

記錄穩(wěn)定的EFA事件一段時間后，加入低峰值和高峰值輸入磁場強(qiáng)度的實(shí)時脈沖磁刺激，低強(qiáng)度實(shí)時磁場干預(yù)5分鐘可降低IDs的幅度，IDs事件仍然存在，而高輸入電壓實(shí)時磁場干預(yù)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(qiáng)度磁場對EFA無影響，實(shí)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(huán)，這種抑制效果與輸入強(qiáng)度和干預(yù)時間有關(guān)。此研究進(jìn)一步提出了磁刺激作為抗癲癇替代療法的可能性。