重复经颅磁刺激结合穿梭箱训练对脑梗死恢复期大鼠 认知功能的影响

目的：比较重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic sti腿lation，rTMS)单独或与穿梭箱训练结合对短暂性 大脑中动脉闭塞(transient middle cerebral artery occlusion,tMCAO)大鼠恢复期认知功能的影响。

方法:60只雄性SD大鼠经tMCAO术后，根据神经功能评分分为5组:rTMS刺激组(n=7)、训练组(n=8)、rTMS结合 训练组(n=7)、对照组(n=7)、假手术组(n=6)，于术后7天开始进行20Hz rTMS和/或穿梭箱训练，术后第1、7、14、 21、28天进行改良神经功能缺陷程度评分(mNSS )术后第28天进行Morris水迷宫实验。

结果：第28天时rTMS结合训练组(P<0.001)与rTMS刺激组(P<0.05)的mNSS评分均低于对照组。水迷宫实验第

1 一5天训练组及对照组平均逃避潜伏期较假手术长(P<0.05)，第3天rTMS结合训练组的平均逃避潜伏期较rTMS 组及训练组短CP<0.05)。对照组穿越平台次数较假手术组少(P<0.05)，rTMS结合训练组穿越平台次数较rTMS 组、训练组及对照组多(P<0.05)。

结论:rTMS结合穿梭箱训练可以改善脑梗死恢复期大鼠的认知功能，效果优于单一的rTMS刺激或训练。

关键词重复经颅磁刺激;短暂性大脑中动脉闭塞;恢复期;认知功能

我国每年新发的脑卒中病例超过240万，其中 脑梗死患者占76%^[|_^2]，脑梗死常导致运动功能和进 行性认知功能等障碍。研究表明^[3]，30%以上的脑卒 中患者在发病3个月内出现认知障碍，与无认知障 碍的患者相比，存在认知障碍的患者在其他受损功 能的恢复上也受到严重影响，但目前针对脑卒中后 认知功能障碍(post- stroke cognitive impairment, PSCI)的治疗手段仍有限。重复经颅磁刺激(repeti-tive transcranial magnetic stimulation, rTMS)是一■ 种非侵人性的神经刺激技术，其作用在刺激结束后 可维持1—2h，已被逐渐用于PSCI的治疗'目前 临床上有rTMS联合认知功能训练改善脑卒中患者 认知功能的研究^[5]，但其作用机制尚不明确。本研 究假设，rTMS结合即刻认知功能训练对认知功能 的改善具有易化作用，效果优于单独的刺激或训 练。为此，本研究比较了重复经颅磁刺激与认知功 能训练单一治疗或联合治疗对短暂性大脑中动脉闭 塞（transient middle cerebral artery occlusion, tM- CAO)大鼠恢复期认知功能的影响，为rTMS临床应 用方案提供理论依据，为进一步研究机制打下基础。

1材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验动物：SPF级雄性SD大鼠60只，体重 240—260g，由广东省中医药大学动物实验中心提 供，许可证号：SCXK(粤)2013-0034,所有动物均饲 养于中山大学(生命科学学院中药与海洋药物实验 室）SPF级实验环境中，许可证号：SYXK(粤)2014- 0020，采用已消毒颗粒型大鼠饲料喂养，饮用消毒灭 菌水，环境温度控制在20—25°C。

1.1.2主要仪器与试剂_：XR-XC105型水迷宫视频 分析系统（上海欣软信息科技有限公司），CCY-I型 磁场刺激仪（武汉依瑞德医疗设备新技术有限公 司），XR-XC105型穿梭实验视频分析系统(Shuttle- box system) (上海欣 软信息 科技有 限公司) 

3讨论

作为近年来新兴的非侵人性脑刺激技术，rTMS 已被广泛应用于多种疾病的诊断和治疗，如抑郁症、 脑卒中、帕金森病等^[|4-^|6]，临床上也逐渐将rTMS作

为PSCI的治疗手段之」^17]。[卩等^[18]的研究表明， rTMS能改善脑卒中患者的认知和记忆功能，且治 疗效果持续2个月。另外，在基础实验研究方面， Guo等^[4]对SD大鼠的tMCAO模型进行10Hz的rT-MS 干预 ，并用水迷宫实验检测认知功能 ，发现 rT-MS 组大鼠的认知功能较对照组有显著改善。

目前关于rTMS干预脑梗死后认知功能障碍的 动物实验研究多数集中于脑梗死后急性期(24h后) 且干预时间较短，一般不超过7 — 14天^[10州。然而在 临床上，将rTMS应用于急性期脑卒中患者通常是 不可行的。此外，一般认为受损大脑在急性期非常 容易受到过度激发^[20一^21], Risedal等^[22]使用大脑中动 脉闭塞大鼠模型的研究表明，急性期(大脑中动脉闭 塞后24h)的训练增加了组织损伤，延迟训练（闭塞 后7天)能获得更好的效果，说明脑卒中急性期应用 rTMS可能是不利的。我们既往研究表明，脑梗死 后恢复期28—56天的大鼠始终存在认知功能障 碍^[23]。本研究对tMCAO术后7天的大鼠进行较长 时间的rTMS干预，并观察对恢复期认知功能障碍 的影响，为本研究的一个创新点，为临床上脑梗死恢 复期患者认知障碍的rTMS治疗提供了实验依据。

在临床的实际应用中有时会将rTMS与传统的 常规治疗相结合。有研究表明rTMS刺激18名健康 受试者的M1或S1可以加强对侧手臂运动任务的训 练效果，增强感觉运动能力的学习，表明rTMS可以 改变皮层兴奋性，从而有可能增强后续的训练和学 习效果^[24]。刘远文等^[25]对脑卒中患者试验组左侧前 额叶背外侧区（DLPFC)予以10Hz rTMS刺激及认 知功能训练，对照组仅给予认知功能训练，结果表明 高频rTMS联合认知功能训练可以改善脑卒中患者 的执行功能障碍，且疗效优于单一的认知功能训 练。目前尚未有rTMS结合其他训练干预脑梗死后 认知功能障碍的动物实验研究。本研究将缺血 90min后再灌注的大鼠tMCAO模型作为干预对象 进行rTMS及训练处理，为本实验的另一创新点，也 为深人研究机制打下基础。

穿梭箱训练是一种双向主动回避(two-way ac-tive avoidance, TWAA) 训练，通常用 于检测 动物的 学习记记忆能力及执行决策能力。动物在刚开始接 触电刺激时明显处于应激状态，Stark等^[26]研究发

现，动物在应激状态下受到的压力本身并不能决定 其规避策略的形成。有研究表明，对海马(尤其是海 马腹侧)活动的短暂抑制会干扰主动回避的学习^[27]， 海马区主要是处理学习、记忆等与认知功能有关任 务的区域，表明TWAA训练可能与认知功能存在密 切关系。动物在受到非条件刺激时逃向安全区，同 时学习与条件刺激的关联，并逐渐形成主动条件反 射，是一个不断强化学习记忆的过程。本研究中将 穿梭箱训练作为认知功能训练，也是本研究创新点 之1'。

研究提示，脑的状态依赖性(brain state depen-dent) 是决定 rTMS 诱导脑可塑性改变的一个关键因 素^[28-^29]。Jung等^[3。^]发现，兴奋性或抑制性磁刺激后 即刻进行训练，均可强化运动学习，符合非稳态可塑 性理论(non-homeostatic plasticity)。本研究表明， rTMS后即刻进行穿梭箱认知训练对认知功能改善 效果较单独rTMS治疗及单独认知训练好，与临床 研究结果一致^[25]。

20Hz的高频rTMS作用于患侧大脑半球，可引 起长时程增强的作用，产生提高皮层兴奋性的后效， 这一机制可能与双向突触可塑性的（bienenstock- cooper-munro，BCM)理论有关，该理论的一个基本

原理是突触的近期活动情况影响其当前的反应水 平^[31]。本实验中高频rTMS可能是通过改变突触可 塑性，提高皮层兴奋性，加强后续认知功能训练的效 果。有研究发现，TMS可以促进更广泛的树突和轴 突分枝，上调轴突出芽标志物GAP-43的表达^[32]。同 时TMS磁刺激区域附近的白质完整性较刺激前有 提高^[33_^34]，有研究表明，白质损伤在脑血管病致认知 功能损害中起重要作用^[35]，打皿8可能促进神经网络 结构的修复。

本实验初步验证了rTMS结合穿梭箱训练对脑 梗死恢复期大鼠认知功能改善效果较单独rTMS治 疗及单独训练好，但未能在多个时间点动态观察大 鼠认知功能改善的情况，尚未能深人探讨相关机 制。本研究提示临床上对于脑梗死后认知障碍的患 者，可在rTMS刺激后立即对患者进行认知功能训 练，对于患者的康复可能更加有效。我们下一步拟 对rTMS与其他训练相结合对脑梗死恢复期认知功 能影响的机制进行深人探讨。