[发明专利]一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法

说明书

技术领域

本发明属于神经生理医学技术领域，涉及一种神经信号的获得及处理方法，具体是一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法。

背景技术

了解脑组织细胞生存的胞外空间微环境对于了解脑细胞的活性及各种疾病的发生前兆有重不可或缺的重要关系。分子在细胞间的扩散受2个物理因素制约，第一是狭小的细胞外间隙(或称胞外空间)使得分子浓度相对增加，其胞外空间占组织总体积的分率定义为α；第二是胞外间隙的曲折度λ，弯曲的胞外间隙路径使胞外间隙的扩散缓慢。脑胞外间隙的大小及构造细节并非固定而是随细胞新陈代谢活性、离子浓度、或各种应激而作相应的调整，而参数α和λ决定了分子在胞外间隙扩散的快慢和信息传递的有效距离，是决定脑胞外结构的重要参数。

对脑胞外间隙的常用测定方法是监测一些不易被细胞膜吸附或吸收的分子探针的胞外浓度。传统的阶跃式实时离子电泳实验方法(Nicholson&Phillips,1981,J Physiol(Lond)vol.321,pp.225-257)是以阶跃形式电泳方法导入胞外离子探针至组织胞外间隙，并以离子选择性电极在导入点固定距离外实时测量胞外离子探针浓度的扩散变化，经由电脑拟合时间域的扩散曲线以得到α和λ。由于此方法的实施是在假设胞外结构恒定的前提下，因此无法正确地监测急性病理态下的脑胞外间隙动态变化并提供足够的时间分辨率。另一种实验常用的方法是以离子探针的浓度倒数变化来表示胞外空间改变的百分比，但是此种方法误差极大且在脑片灌流情况下易受灌流液的影响。截至目前为止，尚无任何可行的方法来研究脑胞外组织的动态结构。

发明内容

针对现有技术存在的不足,本发明提供了一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法，通过频率域数据的分析得到脑组织的动态间隙结构，由模拟验证本发明方法能方便可靠地量测急性病理态下的脑组织胞外结构变化，可填补此领域空白。

为了实现上述的目的，一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法，简称相位偏移法，采用如下的技术方案：

该方法是通过分析胞外离子探针在固定频率下所产生的正弦扩散波形中的相位偏移及波形振幅来实现实时监测脑组织的动态间隙结构，这种方法可简便快速地得到急性病理态下活体动物或离体脑组织的动态结构变化。

其中，所述胞外离子探针的电泳电流包括两个成分：恒定的电泳电流I₀和正弦电泳电流I₁，所述的正弦电泳电流I₁具有固定频率，随时间作正弦变化并且无限循环，另外恒定的电泳电流I₀必须大于正弦电泳电流I₁。两者的组合关系为公式[1]：

I(t)＝I₀+I₁sin(ωt–ε)，[1]

其中，I₀为恒定电流，I₁为正弦循环电流，sin为正弦函数，t为时间(秒)，ω为周期频率，ε为起始相差。

实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法具体包含以下步骤：

S1：将胞外离子探针以固定频率的正弦电泳电流和恒定电流组合方式导入于活体或离体的动物脑组织中；

S2：以离子选择性侦测电极实时记录病理态下的离子探针组织的胞外扩散浓度；

S3：每次自所记录的探针浓度曲线取一个完整周期波形，以周期平均法去除振荡成分以获得平滑的探针胞外浓度曲线，周期平均法代替传统低通滤波器以消除特定频率成分；

S4：将原记录的探针浓度正弦波形与所述的的平滑的探针胞外浓度曲线相减，得到无基线偏移的振幅波形；

S5：取一段固定长度的无基线偏差的波形数据，以Levernberg-Marquardt运算法作最适拟合，得到平均时间点的最适振幅A与相位差θ，向右移动一个时间点并重复所述的Levernberg-Marquardt法作最适拟合，直至到达波形尾端，以获得完整的波形振幅A(t)及相位θ(t)变化的时间函数；

S6：运用数学公式[2]和[3]，分析波形振幅及相位变化，将在某一个时间点t_i的探针浓度正弦波形振幅A_i与相位差θ_i代入下列关系式以求得最适合的α_i和λ_i: