海洛因诱导条件性位置偏爱大鼠颞叶联络皮层遥测脑电的分析

内容

海洛因诱导条件性位置偏爱大鼠颞叶联络皮层遥测脑电的分析

[摘要] 目的：分析海洛因诱导条件性位置偏爱(conditioned place preference，CPP)大鼠颞叶联络皮层(temporalassociation cortex，TeA)脑电变化与觅药行为产生的关系。方法：运用大鼠脑立体定位技术对TeA区进行电极埋藏，通过CPP视频系统结合脑电无线遥测技术，分别实时记录手术对照组(n=10)、海洛因诱导CPP组(n=20)大鼠TeA区黑、白箱停留状态、黑-白箱穿梭和白-黑箱穿梭时脑电变化，分析其各脑电波百分比差异。结果：与手术对照组比较，海洛因诱导CPP组大鼠在黑、白箱停留状态，左、右侧TeA区θ波百分比显著增加(P<0.05，P<0.01)；大鼠黑-白箱、白-黑箱穿梭时，海洛因诱导CPP组左、右侧TeA区δ波百分比显著减少(P<0.01)，β波百分比显著增加(P<0.01)，尤其表现为β2波显著增加(P<0.05，P<0.01)。与海洛因诱导CPP组大鼠黑箱停留状态比较，黑-白箱穿梭时右侧TeA区θ波百分比显著减少，β波百分比显著增加，尤其以β2波增加明显(P<0.01)；与海洛因诱导CPP组大鼠白箱停留状态比较，白-黑箱穿梭时右侧TeA区θ波百分比显著减少(P<0.01)，但β波差异无统计学意义(P>0.05)。结论：海洛因诱导CPP大鼠右侧TeA区快波(β，β2)频率增加，伴有θ波频率的相应减少，可能与海洛因诱导CPP大鼠觅药行为产生有关。

[关键词] 海洛因；海洛因诱导；条件性位置偏爱；脑电无线遥测

条 件 性 位 置 偏 爱 ( c o n d i t i o n e d p l a c epreference，CPP)由Katz和Gormenzano于1979年提出，其实验原理是将具有中枢奖赏效应的条件性刺激(如成瘾药物)与某个特定的非条件性中性刺激(如特定的场景)相结合，通过对个体动物的反复训练，使后者达到奖赏性条件刺激相一致的行为效应。大鼠CPP模型可反映出成瘾药物的精神依赖性，同时可诱发出动物的强迫性觅药行为。大量研究表明颞叶联络皮层(temporal associationcortex，TeA)在视觉和听觉信息加工、学习记忆中具有重要作用：Iwai证明颞下回与视觉信息记忆有关；Newsome等发现颞叶与枕叶视皮层和海马

之间有纤维联系，TeA损伤会导致顺行性遗忘。近年来研究发现大脑颞叶皮层含有丰富的胆碱能神经元，海洛因可导致仔鼠大脑颞叶皮层ACh合成酶活性降低，造成食饵迷宫实验错误次数增加，引起学习记忆障碍。沈政等发现双侧TeA存在复杂视觉与动觉的信息加工以及多种信息存贮的记忆功能，主要是参与机体10 s以上短时记忆过程。海洛因加伴药箱场景诱导大鼠形成的CPP和药物性精神依赖，理论上应当与TeA的视觉信息处理及其学习记忆功能有关。海洛因诱导CPP大鼠在不同行为状态下，TeA区实时脑电是否发生了相应的特异性改变？这种特异性脑电改变是否与大鼠的觅药行为密切相关？这些都鲜见报道。为此，笔者利用CPP系统结合脑电无线遥测技术，对海洛因诱导CPP大鼠不同状态下TeA区脑电做了实时记录，旨在分析其与觅药行为产生的关系。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物

S P F W i s t a r 雄 性 大 鼠 4 0 只 由 南 京 市 江宁 区 青 龙 山 动 物 繁 殖 场 提 供 ( 许 可 证 号 ：scx(苏)2007-0001)，体质量(300±20) g，自由进食

饮水，自然采光，室温(23±1)℃。动物随机分为非手术组(n=10)、手术对照组(n=10)及海洛因诱导CPP组(n=20)。

1.1.2 药品和仪器

98%海洛因由芜湖市公安局提供；CPP视频分析系统系上海欣软信息科技有限公司生产(型号：XR-XT401)；生理无线遥测系统为成都泰盟科技有限公司生产(型号：BW–200)。

1.2 方法

1.2.1 TeA 区记录电极埋藏

部分大鼠采用20%氨基甲酸乙酯经腹腔麻醉后，固定于立体定位仪上，暴露颅骨，术中筛选颅骨前囟至人字缝距离大于9 mm的大鼠做电极埋藏，依据大鼠立体定位图谱确定左右侧TeA定位点(前囟后7.30 mm，中缝左右旁开6.00 mm，硬脑膜下4.5 mm)，电极采用0.3 mm漆包镍铬丝。电极埋藏后，连同置于皮下组织的接地电极用自凝牙科水泥固定，术后缝合头皮。

1.2.2 海洛因诱导 CPP 大鼠模型制作

上述电极埋藏大鼠，术后恢复1周后，均放入CPP视频箱内习服3 d(45 min/d)，习服期间大鼠可在黑、白箱内自由活动。第4天，利用视频监控记录大鼠黑、白箱停留时间及其停留时间百分比，筛选天然黑箱偏爱大鼠，随机分为海洛因诱导CPP组和手术对照组，另选10只未做电极埋藏的正常大鼠同法测试后设为非手术组。实验中将白箱作为伴药箱，在白箱内按一定剂量和时间给海洛因诱导CPP组大鼠皮下注射海洛因(表1)，药物注射后，将大鼠置于白箱内45 min；海洛因注射第7天后停止注射，使大鼠处于自然戒断状态，戒断24~48 h，将大鼠置于CPP黑、白箱内自由活动，利用视频监控测定大鼠15 min内黑、白箱停留时间及其停留时间百分比，同时对海洛因诱导CPP组大鼠诱导前、后CPP数据自身对照分析，以确定大鼠伴药箱CPP的形成。手术对照组和非手术组大鼠按同样的方法注射等量生理盐水，并测定黑、白箱停留时间及其停留时间百分比。

1.2.3 大鼠自发脑电无线遥测

将脑电无线遥测发射子固定于大鼠背部，输入端两电极分别连接地电极和左(右)侧TeA埋藏电极，发射子电磁开关打开后，自动采集左(右)侧TeA自发脑电波，经智能接收机解码，由网络中心机传输至电脑，利用系统软件记录和分析脑电波信号。利用此方法，分别记录手术对照组，海洛因诱导CPP组大鼠自发脑电波。

1.3 统计学处理

大鼠CPP数据由CPP系统软件采集；自发脑电波由无线遥测系统软件采集，并通过快速傅里叶分析出各频段脑电波百分比。实验数据以均数±标准差(x±s)表示，多样本均数采用单因素方差分析，组间资料采用两个独立样本的t检验进行比较，方差不齐时，采用秩和检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 海洛因诱导大鼠条件性位置偏爱的确定

非手术组、手术对照组及海洛因诱导CPP组大鼠15 min白箱停留时间及其停留时间百分比见表2。结果显示：与非手术组比较，手术对照组大鼠白箱停留时间及停留时间百分比差异无统计学意义(P>0.05)。与非手术组、手术对照组大鼠比较，海洛因诱导CPP组大鼠在白箱给药7 d后的24~48 h，其白箱停留时间及停留百分比显著增加(P<0.01)，给药后白箱停留时间及停留时间百分比较给药前也显著增加(P<0.01)。

2.2 海洛因诱导 CPP 组与手术对照组大鼠不同状态下TeA 区遥测自发脑电波比较

2.2.1 黑、白箱停留状态下 TeA 脑电波比较

与手术对照组比较，海洛因诱导CPP组大鼠在黑、白箱停留状态，左、右侧TeA区θ波百分比显著增加(P<0.05，P<0.01；图1)，其中黑箱停留左侧、白箱停留左、右侧TeA区伴有δ波显著减少(P<0.05，P<0.01；图1A，B，D)；黑箱停留右侧TeA区β波显著减少(P<0.01；图1C)。

2.2.2 黑 - 白箱与白 - 黑箱穿梭时 TeA 脑电波比较

与手术对照组比较，海洛因诱导CPP组大鼠黑-白箱、白-黑箱穿梭时左、右侧TeA区δ波百分比显著减少(P<0.01)，β波百分比显著增加( P< 0 . 0 1 ) ，尤其表现为 β 2 波显著增加 ( P< 0 . 0 5 ，P<0.01；图2)；黑-白箱穿梭时，β1波百分比显著增加(P<0.05，P<0.01；图2A，C)。

2.3 海洛因诱导 CPP 组大鼠黑、白箱停留状态与两箱穿梭时 TeA 区脑电波比较

与海洛因诱导CPP组大鼠黑箱停留状态比较，黑-白箱穿梭时右侧TeA区θ波百分比显著减少，β波百分比显著增加，尤其以β2波增加明显(P<0.01，图3C)；与海洛因诱导CPP组大鼠白箱停留状态比较，白-黑箱穿梭时右侧TeA区θ波百分比显著减少(P<0.01，图3D)；左侧黑-白箱穿梭、白-黑箱穿梭与停留状态脑电波比较均无显著变化(图3A，3B)。

3 讨 论

药物依赖是一种以反复复吸为特征的心理和身体依赖性的慢性脑病。药物依赖者往往从偶尔体验和药物耐受中，逐渐过渡至强迫性用药的阶段，在此过程中，药物依赖使中枢神经系统发生适应性改变，导致个体陷入依赖、敏化、渴求与复吸的循环过程。对药物依赖者治疗的关键在于预防复吸，而药物加场景暴露的诱导，是形成复吸的主要因素。本研究将成瘾药物与特定场景反复联系；即将位置偏爱视频白箱作为伴药箱，连续7 d小剂量递增注射海洛因，成功建立CPP大鼠模型。此模型一方面可模拟药物依赖者强迫性觅药行为(即复吸)的产生，另一方面可利用此模型，通过相关脑区电极埋藏和脑电无线遥测技术，实时记录大鼠觅药行为过程中脑电波变化。

本实验首先对海洛因诱导CPP大鼠黑、白箱停留状态，左、右侧TeA区脑电无线遥测分析，结果显示：与对照大鼠相比，海洛因诱导CPP大鼠黑、白箱停留状态，左、右侧TeA区θ波频率增加。有研究指出：毒品抑制中枢神经系统功能，长期吸食可导致大脑皮层发生退行性改变，吸毒者中94.3%脑电图发生异常。另有研究发现海洛因依赖者异常脑电图通常表现为多脑区慢波频率增加。郭韬等研究吗啡急性成瘾猫脑电图时，发现正常生理波减少，异常病理性尖波、棘波、棘慢波及慢波逐渐增多，特别是颞叶慢波(以θ波为主)明显增多，有时连续发放。在青少年网络成瘾中，由于过度使用互联网而导致青少年对外界事物兴趣减退，当不使用互联网时，大脑处于低活动水平的抑制状态，其额叶、颞叶慢波发放频率增多，快波频率减少。本研究结果显示海洛因诱导CPP大鼠急性戒断期停留状态慢波频率增加，这与上述研究结论相符。一般认为，高幅海洛因诱导条件性位置偏爱大鼠颞叶联络皮层遥测脑电的分析 李敏，等 899度的慢波(θ波)，频率在4~7 Hz，通常颞叶、顶叶最为显著，是大脑皮层处于抑制状态时的脑电活动，表现在本研究中，大鼠处于相对安静的无觅药停留状态。值得一提的是，θ波节律在控制脑部的信息整合、记忆、回想等认知过程中起重要作用，特别是在执行记忆任务时，人体脑电图会出现大幅度的θ波节律。本研究中，海洛因诱导CPP大鼠通常停留一段时间后，会进行穿梭活动，推测大鼠的停留状态可能是相关场景暴露诱发的记忆整合和回想过程。θ波节律同步化经常用来研究神经系统导致的认知功能障碍。周平艳等的研究表明海洛因成瘾者急性戒断期存在严重的情绪加工缺陷。也有研究指出，θ波可反映实验动物的焦虑程度；人类θ波节律与焦虑情绪密切相关，当受试者主诉有焦虑情绪出现时，脑磁图(magetoencephalography，MEG)显示θ波节律增高。本研究中实时脑电遥测的时间在自然戒断后的24~48 h，此时间段海洛因诱导CPP大鼠处于急性戒断期，表现出强烈的稽延性戒断反应，如震颤、流涕流泪、体毛竖起、瞳孔散大、焦虑不安、烦躁、恐惧等，这些戒断反应中，认知功能缺陷(如焦虑情绪)的产生可能与TeA区θ波频率增加有关。

动物行为起源于脑电活动已被广泛认可。依据现代生理学理论：随意运动设想(如觅药动机)的产生起源于皮层联络区，并且整合在皮层生物电的序列中，形成的运动(如觅药行为)经皮层小脑和基底神经节编程后输送到大脑皮层运动区发起随意运动。故大鼠在黑、白箱之间穿梭活动，特别是黑-白箱穿梭过程中脑电的变化，与大鼠伴药箱觅药行为及其动机的形成有关。本研究中，海洛因诱导CPP大鼠黑-白箱、白-黑箱穿梭时左、右侧TeA区δ波频率减少，β波频率增加，尤其表现为β2波显著增加。一般认为，δ波是0.5~3 Hz的慢波，常见部位颞叶和枕叶。β波是频率14~30 Hz快波，为新皮层兴奋活动时的脑电波。大鼠在黑、白箱穿梭，活动本身是大脑皮层由抑制状态向兴奋状态转变的过程，故出现δ波频率降低，β波频率增加的结果。另有研究指出，阿片类药物可以使大鼠中脑网状结构对丘脑-皮层神经环路的激励增加，抑制丘脑-皮层环路的自身振荡，从而导致皮层产生去同步化的高频快波。在急性戒断期，海洛因诱导CPP大鼠由黑-白箱穿梭时，白箱作为药物相关场景暴露诱发其觅药动机产生，中脑网状结构激励增加，促进TeA神经兴奋性增加，导致TeA区脑电呈去同步化快波。笔者先前的研究发现：海洛因诱导CPP大鼠黑-白箱穿梭时额叶联络皮层(front association cortex，FrA)和内侧前额皮层缘前区(prelimbic cortex，PrL)δ波百分比降低，β波百分比增加，本实验结果进一步证实了前期的实验结果。

海洛因诱导CPP大鼠黑-白箱穿梭活动被认为是大鼠觅药行为的产生，而白-黑箱穿梭则是大鼠天然喜黑行为的表现，与觅药行为无关，故黑、白箱穿梭活动中慢波频率降低、快波频率增加不能笼统地认为是觅药行为产生的特异性脑电活动。为此，笔者将海洛因诱导CPP组大鼠黑箱停留状态TeA区脑电与黑-白箱穿梭脑电进行比较，将白箱停留状态脑电与白-黑箱穿梭脑电进行比较，结果发现：与海洛因诱导CPP大鼠黑箱停留状态比较，黑-白箱穿梭时大鼠左侧TeA区未出现明显的特异性脑电改变，但右侧TeA区则表现为θ波百分比显著减少，β波百分比显著增加，尤其以β2波(18~30 Hz)增加明显；而与白箱停留状态比较，白-黑箱穿梭时大鼠虽然右侧TeA区θ波百分比显著减少，但未出现明显的β波百分比改变。基于上述脑电的综合比较，笔者认为海洛因诱导CPP大鼠右侧TeA区快波(β，β2)频率增加，伴有θ波频率的相应减少，可能与海洛因诱导CPP大鼠觅药行为及其动机的形成有关。