小功率WPT电磁环境对海马CA1区神经元兴奋性的影响

赵军^1,2,3* 王晓轩^1,2,3 张冰茜^1,2,3 马菁^1,2,3

(¹河北工业大学生命科学与健康工程学院, 天津 300130;²河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学),天津 300130; ³天津市生物电工与智能健康重点实验室(河北工业大学), 天津 300130)

摘要 :

该研究旨在探究小功率无线电能传输(wireless power transmission, WPT)系统对小鼠海马CA1区神经元兴奋性的影响。将小鼠分为对照组和辐射组(2周组、4周组、6周组), 通过莫里斯水迷宫实验、光纤光度实验、HE染色实验、膜片钳实验观察小鼠工作记忆能力、Ca2+信号强度、海马锥体细胞数量、动作电位的变化以及瞬时外向K+通道电流(IA)和延迟整流K+通道电流(IK)的变化。莫里斯水迷宫实验结果显示, 小功率WPT电磁环境不会对小鼠的工作记忆能力产生影响; 光纤光度实验以及HE染色实验显示, 小功率WPT电磁环境可能促进了海马CA1区神经元集群的放电活动, 导致了荧光信号强度的增加。这表明电磁环境对Ca2+浓度的调节可能增加了海马CA1区神经元放电活动次数, 增强了海马CA1区神经元的兴奋性。随着辐射时间的增加, 荧光信号的峰值逐渐下降, 表明小鼠海马锥体细胞适应了小功率WPT电磁环境; 小功率WPT电磁环境提高了小鼠海马CA1区的神经元的静息膜电位, 缩短了动作电位的半波宽, 降低了动作电位阈值, 加快了海马CA1区的神经元动作电位的发放频率, 促进了海马CA1区的神经元动作电位的发放, 提高了海马CA1区的神经元的兴奋性; 小功率WPT电磁环境会令细胞膜上的瞬时外向钾通道的激活过程受到抑制、延迟整流钾通道的激活特性向去极化方向移动, 减少细胞内K+的外流, 进而增强海马CA1区神经元兴奋性。小功率WPT电磁环境可促进海马锥体细胞的放电活动, 抑制IA与IK的激活过程, IA通道的激活曲线向去极化方向偏移, 从而增强神经元兴奋性。