為了探究海洛因誘導位置偏愛大鼠的覓藥行為及動機形成與樣本熵值之間的關聯, 在黑、白箱停留、白-黑箱穿梭、黑-白箱穿梭四種不同的大鼠行為狀態下, 研究對照組與海洛因誘導條件性位置偏愛(CPP)組大鼠的前額聯絡皮層(FrA)腦電(EEG)數據樣本熵值。實驗結果表明, 與對照組比較, 海洛因誘導CPP大鼠在白-黑箱穿梭和黑箱停留狀態時, FrA區EEG樣本熵值無顯著改變; 但黑-白箱穿梭和白箱停留狀態時, FrA區EEG樣本熵值顯著變小(P＜0.01)。由此可見, 海洛因誘導CPP大鼠覓藥動機形成及其行為與EEG樣本熵值改變之間密切相關。
引用本文： 黃磊, 潘群皖, 朱再滿, 李晶, 高春芳, 李田, 徐曉燕. 海洛因誘導位置偏愛大鼠額葉聯絡皮層腦電樣本熵分析. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(2): 275-278, 283. doi: 10.7507/1001-5515.20150050 復制
引言
海洛因依賴患者強迫戒斷后，多存在著強烈的覓藥動機及行為，一旦引燃刺激出現就可能產生復吸，這既是海洛因成癮的主要特征, 也是戒毒治療的難點所在[1]。大量實驗表明，海洛因誘導所產生的條件性位置偏愛(conditioned place preference，CPP)和覓藥行為與大腦前額聯絡皮層(frontal association cortex, FrA)的神經元功能及其突觸間基質蛋白有關[2]。我們先前的研究發現：海洛因依賴大鼠戒斷期左側FrA區無線遙測腦電(electroencephalogram, EEG)慢波減少、快波增加的特異性改變，可能與其覓藥行為及動機形成有關[3]。Zou等[4]的研究也表明，大鼠急性嗎啡用藥時，其左右側皮層EEG的δ、θ、α1、α2、β1、β2波絕對功率增加，側葉皮層有大量的θ波，中間前額皮層EEG波變化較大。但這些研究是基于將EEG信號視作線性、平穩信號的前提而采用快速傅里葉變換等經典數字信號處理方法得出的結果。但事實上，EEG信號是腦部無數神經元電生理活動的總體表現，因而呈現確定系統的混沌規律，屬于典型的非線性、非平穩隨機過程[5]，特別是與覓藥動機及行為有關的EEG信號中這種特點更明顯。樣本熵(sample entropy, SampEn)作為度量序列復雜性的統計方法，具有需要數據點數少、計算速度快以及抗噪能力強等特點，已廣泛應用于睡眠[6]、癲癇[7]、腦死亡[8]、網絡成癮[9]等生理過程EEG信號處理的研究中，但藥物依賴狀態下EEG的樣本熵處理則鮮見報道。為此，本課題組在已有研究成果的基礎上，引入樣本熵技術來分析海洛因誘導所產生的CPP大鼠在“癮”表現強烈時刻的FrA區無線遙測EEG數據，以期探究海洛因誘導所產生的CPP大鼠覓藥動機形成及行為與FrA區EEG樣本熵值改變之間的關聯。
1 基本理論的介紹
1.1 (靜態)樣本熵定義及算法
(靜態)樣本熵是由Richman等[10]提出的一種時間序列復雜性測度方法。可用SampEn(m, r, N)表示，其中m表嵌入維數，一般取m=1或2；r為相似容限，一般取r=0.1~0.25 SD(SD為原始數據的標準差)；N為數據長度即離散數據點數，為得到較小的偽差和有效的統計特性，N一般取100~5 000。對一個有N個原始數據點的EEG數據，其樣本熵算法如下：
(1)按序號連續順序組成一組m維矢量：
| $\begin{array}{l} \boldsymbol{X}\left(i \right)=\left[{\boldsymbol{x}\left(i \right), \boldsymbol{x}\left({i + 1} \right), \cdots, x\left({i + m-1} \right)} \right], i=1, \ 2, \cdots, N-m + 1 \end{array}$ |
(2)定義矢量X(i)和X(j)之間的距離d[X(i), X(j)]為兩者對應元素中差值最大的一個，即：
| $\begin{array}{l} d\left[{\boldsymbol{X}\left(i \right), \boldsymbol{X}\left(j \right)} \right]=\max \left[{\boldsymbol{x}\left({i + k} \right)-\boldsymbol{x}\left({j + k} \right)} \right], \ k=0, 1, m-1 \end{array}$ |
(3)給定閾值r，對每一個i值統計X(i)和X(j)之間的距離d[X(i), X(j)]小于r的數目及此數目與距離總數N-m的比值，記作Bim，即：
| $\begin{array}{l} \boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)=\frac{1}{{N-m}}\left\{ {d\left[{\boldsymbol{X}\left(i \right), \boldsymbol{X}\left(j \right)} \right] < r{\rm{的數目}}} \right\}, i=\ 1 \sim N-m + 1, i \ne j \end{array}$ |
(4)累加(3)中所有Bim(r)，即：
| $\boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)=\frac{1}{{N-m + 1}}\sum\limits_{i=1}^{N-m + 1} {\boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)} $ |
(5)將嵌入維數加1，即對于m+1點矢量，重復上述(1)~(4)，得到Bm+1(r)。
(6)上述N點離散數據序列的樣本熵值理論上為
| ${\rm{sampEN}}\left({m, r} \right)=\mathop {\lim }\limits_{N \to \infty } \left\{ {-\ln \left[{{\boldsymbol{B}^{m + 1}}\left(r \right)/{\boldsymbol{B}^m}\left(r \right)} \right]} \right\}$ |
當N有限時，式(5)可表示為：
| ${\rm{sampEN}}\left({m, r} \right)=-\ln \left[{{\boldsymbol{B}^{m + 1}}\left(r \right)/{\boldsymbol{B}^m}\left(r \right)} \right]$ |
采集2.2節中海洛因誘導模型特征明顯大鼠的FrA區無線遙測EEG數據，并按行為狀態進行標注及分類，然后自編程序實現上述理論公式的算法，在Matlab2011a平臺上計算對應(靜態)樣本熵。
1.2 動態樣本熵定義
從上述(靜態)樣本熵算法理論分析可知：其算法只是對大鼠FrA區無線EEG數據中某段含N個離散數據點求值(對本課題若取N=500，即1 s時間內對應數據)，其結果當然只能反映這1 s內EEG數據的復雜度，缺乏全局性，不能反映整個測量時間段樣本熵的變化過程。為此，有學者在(靜態)樣本熵的基礎上通過引入一個時間變量t，對樣本熵算法在時間軸上進行多尺度擴展，從而得到動態樣本熵[11]。即對于一個時間總長度為T的時間序列s(t)，通過引入一個寬度為t′的時間窗口，窗口沿時間軸t不斷移動，若起始時間為t0，則t=t0+n*t′(n為非負整數)。進入窗口的時間序列可表示為
| ${X_t}=\left[{{x_t}\left(1 \right), {x_t}\left(2 \right), \cdots, {x_t}\left(N \right)} \right], $ |
其中t=0，…，T-t′，N為t′對應的序列長度。
按式(7)擴展1.1節中(靜態)樣本熵的算法就可得到動態樣本熵值。
2 試驗設計過程
2.1 大鼠FrA區電極埋藏和分組
取經過下述2.2節海洛因誘導大鼠模型制備第一階段測試篩選出的黑箱偏愛大鼠安放0.3 mm漆包鎳鉻絲電極，其左右側FrA定位為：前囟+5 mm，矢狀縫旁開2 mm，深度2.5 mm。電極埋藏后，用自凝牙科水泥連同置于頭皮下組織的接地電極封閉固定，術后3 d連續肌注青霉素400 kU/kg預防感染。將手術后飼養成活且活動自由度無明顯異常的實驗大鼠平均分成對照組和海洛因誘導CPP組，所有大鼠均可在實驗CPP箱內自由活動。
2.2 海洛因誘導大鼠模型制備
第一階段測試(前測)大鼠天然位置偏愛傾向，將兩組大鼠放入CPP視頻箱內習服3 d，任其在黑、白箱中自由停留和穿梭，每天1次，每次45 min。測試結束后篩選出黑箱偏愛的大鼠進行FrA區電極埋藏，選取飼養成活且活動自由度無明顯異常的實驗大鼠30只；平均分成對照組和海洛因誘導CPP組，分別放在不同的CPP視頻箱內任其自由活動并記錄其在黑、白箱內停留時間，以判定電極埋藏手術沒有改變其黑箱偏愛的天性。第二階段為誘導訓練階段，選大鼠非偏愛箱(白箱)作為伴藥箱，將海洛因誘導組大鼠皮下注射海洛因放入白箱內，第1天0.5 mg/(kg·d)，以后每天2次，每次遞增0.25 mg/kg，連續注射7 d。對照組大鼠同法皮下注射等量生理鹽水。第三階段為評價階段。訓練結束24 h后，記錄兩組大鼠15 min黑、白箱停留時間及其時間百分比做統計分析比較，以海洛因誘導后伴藥箱停留時間有無顯著延長，確定大鼠是否產生了CPP。統計分析表明(見表 1)，海洛因誘導組大鼠評價階段所測白箱停留時間和白箱停留時間百分比，均較正常對照組同期所測數據顯著增加(P＜0.01)，海洛因誘導組大鼠藥物注射前后白箱停留時間及其百分比差異也具有統計學意義(P＜0.01)。從我們前期的研究結果[3]及表 1實驗結果可知：伴藥箱內連續注射海洛因可誘導大鼠CPP的產生。
表1
海洛因誘導組大鼠白箱停留時間及其百分比分析(2.3 大鼠FrA區自發EEG無線遙測
利用EEG無線遙測系統及條件性位置偏愛黑白箱視頻系統，每天分別記錄對照組和海洛因誘導CPP組FrA區各15 min EEG數據，并標注其黑、白箱停留，黑-白箱穿梭和白-黑箱穿梭四種具體行為狀態。EEG采樣率為500 Hz，濾波范圍為0.05~50 Hz。
3 試驗結果及分析
依據現代生理學理論：隨意運動(如戒斷大鼠的覓藥)的意識起源于皮層聯絡區(主要在前額葉皮層)，經小腦和基底神經節編制運動計劃后，再反饋至皮層軀體運動區，通過皮層-脊髓束發動隨意運動。大量研究已證實，FrA與大鼠海洛因CPP或自給藥行為有關[12-13]。本實驗采集的FrA無線遙測EEG信號是該部位無數神經元電生理活動的總體表現，因而呈現確定系統的混沌規律，屬于典型的非線性、非平穩隨機過程[5]，特別是其中與覓藥動機及行為有關的EEG信號，上述特點尤其明顯。而樣本熵的物理意義就是表示非線性動力學系統產生新信息的速率，樣本熵值越小，序列自我相似性越高；樣本熵值越大，序列自我相似度越低即越復雜。假設海洛因誘導位置偏愛大鼠產生了毒癮發作，其相關皮層EEG將會發生特定序列的改變，并且這種序列改變在整個毒癮發作期可保持高度相似性，此時樣本熵值將減小，尤其是當引燃刺激出現，其毒癮發作最強烈時(如黑-白箱穿梭覓藥時)，其樣本熵值將會更小。
3.1 對照組與海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG信號(靜態)樣本熵分析
本文分別從15只對照組及15只海洛因誘導CPP組大鼠15 min遙測EEG數據中，選取了黑箱停留、黑-白箱穿梭、白箱停留、白-黑箱穿梭四種狀態下記錄的各20 s EEG數據，計算其FrA區EEG數據的樣本熵值并求其平均值，結果如圖 1所示。
圖1
對照組與海洛因誘導CPP組大鼠不同行為狀態下FrA區EEG樣本熵分析
*
*
由圖 1可知，與對照組比較，海洛因誘導CPP組大鼠樣本熵顯著降低(P＜0.01)，說明海洛因誘導CPP大鼠FrA區EEG發生了“覓藥”或“心癮”發作的規律性改變，這種特異性EEG序列的相似性高，隨機性小，故呈現出特定的樣本熵減小趨勢。
進一步分析大鼠四種不同行為狀態的樣本熵發現，與對照組比較，海洛因誘導CPP大鼠在白-黑箱穿梭和黑箱停留狀態時，FrA區EEG樣本熵值無顯著改變，但黑-白箱穿梭和白箱停留狀態時，FrA區EEG樣本熵值顯著變小(P＜0.01)。表明將大鼠非嗜好的白箱作為伴藥箱連續注射海洛因，已使大鼠產生了藥物加場景所誘發的CPP和“心癮”，誘發大鼠通過黑-白箱穿梭覓藥，或長時間停留在白箱等待藥物注射。在此狀態下，海洛因誘導大鼠較之對照組FrA區神經元放電將發生顯著改變，并且這種放電的序列類型可在一段時間內保持高度一致，使樣本熵值降低。白-黑箱穿梭和黑箱停留屬于非覓藥或非藥物依賴狀態，其樣本熵值與對照組比較無明顯差異，表明大鼠FrA區EEG序列改變的隨意性較大，樣本熵值較高。
3.2 對照組與海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG信號動態樣本熵分析
為說明海洛因誘導CPP大鼠覓藥動機形成和行為與FrA區EEG樣本熵值改變之間的關聯，我們特意從對照組及海洛因誘導CPP組13#大鼠15 min遙測FrA區EEG數據中，選取一段完整包含黑箱停留、黑-白箱穿梭、白箱停留、白-黑箱穿梭四種狀態的EEG數據各100 s，其中黑箱停留、白箱停留兩種狀態下各為30 s，黑-白箱穿梭、白-黑箱穿梭兩種狀態下各為20 s(因大鼠在兩種穿梭狀態下的時間一般為20 s)，選取13#大鼠的原因是根據黑白箱視頻記錄結合柳田知司評定方法評價，其誘導CPP癥狀最明顯。利用自編的動態樣本熵程序分別計算兩只大鼠在100 s時間內的動態樣本熵。具體結果如圖 2所示。
圖2
對照組與海洛因誘導CPP組13#大鼠FrA區100 s EEG信號動態樣本熵分析
Figure2.
Dynamic sample entropy analysis of EEG recorded on FrA area of 13# rats of control group and heroin-induced CPP
圖 2顯示13#大鼠注射海洛因前后四種行為狀態下，100 s時長的EEG動態樣本熵值變化曲線，藥物注射前大鼠4種行為狀態下FrA區EEG樣本熵值變化不大，表明神經元電活動無相似規律，特異性不強。海洛因注射誘導產生CPP后，大鼠在行為對應為白箱停留的第一個30 s，行為對應為黑-白箱穿梭的最后20 s，動態樣本熵數值降低，明顯小于行為對應為白-黑箱穿梭狀態的中間20 s，以及行為狀態對應為黑箱停留的第二個30 s，說明海洛因成癮大鼠在伴藥箱停留以及黑-白箱穿梭狀態下其FrA區神經元活動相似性增加，呈現出規律性的神經元放電序列改變，這種較為一致的神經元放電激發了大鼠強制性的覓藥意識及行為；白箱停留時樣本熵值變小可能與伴藥箱場景記憶有關，從而誘發“藥癮”的精神性依賴。而黑箱停留狀態及白-黑箱穿梭狀態下其皮層神經元活動的規律性變弱，無毒癮發作的特異性EEG樣本熵改變。
4 結論
本研究采用位置偏愛視頻系統結合EEG無線遙測技術，記錄了對照組與海洛因誘導CPP組大鼠四種行為狀態下FrA區EEG數據，并利用EEG樣本熵對所測數據進行了處理，發現與對照組相比，海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG樣本熵值顯著減小(P＜0.01)，表明藥物加場景所誘導的海洛因依賴大鼠在黑-白箱穿梭覓藥過程中，或停留在伴藥箱等待藥物注射狀態下，FrA區出現了較為規律的特異性EEG改變，區域中神經元放電序列類型相似
引言
海洛因依賴患者強迫戒斷后，多存在著強烈的覓藥動機及行為，一旦引燃刺激出現就可能產生復吸，這既是海洛因成癮的主要特征, 也是戒毒治療的難點所在[1]。大量實驗表明，海洛因誘導所產生的條件性位置偏愛(conditioned place preference，CPP)和覓藥行為與大腦前額聯絡皮層(frontal association cortex, FrA)的神經元功能及其突觸間基質蛋白有關[2]。我們先前的研究發現：海洛因依賴大鼠戒斷期左側FrA區無線遙測腦電(electroencephalogram, EEG)慢波減少、快波增加的特異性改變，可能與其覓藥行為及動機形成有關[3]。Zou等[4]的研究也表明，大鼠急性嗎啡用藥時，其左右側皮層EEG的δ、θ、α1、α2、β1、β2波絕對功率增加，側葉皮層有大量的θ波，中間前額皮層EEG波變化較大。但這些研究是基于將EEG信號視作線性、平穩信號的前提而采用快速傅里葉變換等經典數字信號處理方法得出的結果。但事實上，EEG信號是腦部無數神經元電生理活動的總體表現，因而呈現確定系統的混沌規律，屬于典型的非線性、非平穩隨機過程[5]，特別是與覓藥動機及行為有關的EEG信號中這種特點更明顯。樣本熵(sample entropy, SampEn)作為度量序列復雜性的統計方法，具有需要數據點數少、計算速度快以及抗噪能力強等特點，已廣泛應用于睡眠[6]、癲癇[7]、腦死亡[8]、網絡成癮[9]等生理過程EEG信號處理的研究中，但藥物依賴狀態下EEG的樣本熵處理則鮮見報道。為此，本課題組在已有研究成果的基礎上，引入樣本熵技術來分析海洛因誘導所產生的CPP大鼠在“癮”表現強烈時刻的FrA區無線遙測EEG數據，以期探究海洛因誘導所產生的CPP大鼠覓藥動機形成及行為與FrA區EEG樣本熵值改變之間的關聯。
1 基本理論的介紹
1.1 (靜態)樣本熵定義及算法
(靜態)樣本熵是由Richman等[10]提出的一種時間序列復雜性測度方法。可用SampEn(m, r, N)表示，其中m表嵌入維數，一般取m=1或2；r為相似容限，一般取r=0.1~0.25 SD(SD為原始數據的標準差)；N為數據長度即離散數據點數，為得到較小的偽差和有效的統計特性，N一般取100~5 000。對一個有N個原始數據點的EEG數據，其樣本熵算法如下：
(1)按序號連續順序組成一組m維矢量：
| $\begin{array}{l} \boldsymbol{X}\left(i \right)=\left[{\boldsymbol{x}\left(i \right), \boldsymbol{x}\left({i + 1} \right), \cdots, x\left({i + m-1} \right)} \right], i=1, \ 2, \cdots, N-m + 1 \end{array}$ |
(2)定義矢量X(i)和X(j)之間的距離d[X(i), X(j)]為兩者對應元素中差值最大的一個，即：
| $\begin{array}{l} d\left[{\boldsymbol{X}\left(i \right), \boldsymbol{X}\left(j \right)} \right]=\max \left[{\boldsymbol{x}\left({i + k} \right)-\boldsymbol{x}\left({j + k} \right)} \right], \ k=0, 1, m-1 \end{array}$ |
(3)給定閾值r，對每一個i值統計X(i)和X(j)之間的距離d[X(i), X(j)]小于r的數目及此數目與距離總數N-m的比值，記作Bim，即：
| $\begin{array}{l} \boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)=\frac{1}{{N-m}}\left\{ {d\left[{\boldsymbol{X}\left(i \right), \boldsymbol{X}\left(j \right)} \right] < r{\rm{的數目}}} \right\}, i=\ 1 \sim N-m + 1, i \ne j \end{array}$ |
(4)累加(3)中所有Bim(r)，即：
| $\boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)=\frac{1}{{N-m + 1}}\sum\limits_{i=1}^{N-m + 1} {\boldsymbol{B}_i^m\left(r \right)} $ |
(5)將嵌入維數加1，即對于m+1點矢量，重復上述(1)~(4)，得到Bm+1(r)。
(6)上述N點離散數據序列的樣本熵值理論上為
| ${\rm{sampEN}}\left({m, r} \right)=\mathop {\lim }\limits_{N \to \infty } \left\{ {-\ln \left[{{\boldsymbol{B}^{m + 1}}\left(r \right)/{\boldsymbol{B}^m}\left(r \right)} \right]} \right\}$ |
當N有限時，式(5)可表示為：
| ${\rm{sampEN}}\left({m, r} \right)=-\ln \left[{{\boldsymbol{B}^{m + 1}}\left(r \right)/{\boldsymbol{B}^m}\left(r \right)} \right]$ |
采集2.2節中海洛因誘導模型特征明顯大鼠的FrA區無線遙測EEG數據，并按行為狀態進行標注及分類，然后自編程序實現上述理論公式的算法，在Matlab2011a平臺上計算對應(靜態)樣本熵。
1.2 動態樣本熵定義
從上述(靜態)樣本熵算法理論分析可知：其算法只是對大鼠FrA區無線EEG數據中某段含N個離散數據點求值(對本課題若取N=500，即1 s時間內對應數據)，其結果當然只能反映這1 s內EEG數據的復雜度，缺乏全局性，不能反映整個測量時間段樣本熵的變化過程。為此，有學者在(靜態)樣本熵的基礎上通過引入一個時間變量t，對樣本熵算法在時間軸上進行多尺度擴展，從而得到動態樣本熵[11]。即對于一個時間總長度為T的時間序列s(t)，通過引入一個寬度為t′的時間窗口，窗口沿時間軸t不斷移動，若起始時間為t0，則t=t0+n*t′(n為非負整數)。進入窗口的時間序列可表示為
| ${X_t}=\left[{{x_t}\left(1 \right), {x_t}\left(2 \right), \cdots, {x_t}\left(N \right)} \right], $ |
其中t=0，…，T-t′，N為t′對應的序列長度。
按式(7)擴展1.1節中(靜態)樣本熵的算法就可得到動態樣本熵值。
2 試驗設計過程
2.1 大鼠FrA區電極埋藏和分組
取經過下述2.2節海洛因誘導大鼠模型制備第一階段測試篩選出的黑箱偏愛大鼠安放0.3 mm漆包鎳鉻絲電極，其左右側FrA定位為：前囟+5 mm，矢狀縫旁開2 mm，深度2.5 mm。電極埋藏后，用自凝牙科水泥連同置于頭皮下組織的接地電極封閉固定，術后3 d連續肌注青霉素400 kU/kg預防感染。將手術后飼養成活且活動自由度無明顯異常的實驗大鼠平均分成對照組和海洛因誘導CPP組，所有大鼠均可在實驗CPP箱內自由活動。
2.2 海洛因誘導大鼠模型制備
第一階段測試(前測)大鼠天然位置偏愛傾向，將兩組大鼠放入CPP視頻箱內習服3 d，任其在黑、白箱中自由停留和穿梭，每天1次，每次45 min。測試結束后篩選出黑箱偏愛的大鼠進行FrA區電極埋藏，選取飼養成活且活動自由度無明顯異常的實驗大鼠30只；平均分成對照組和海洛因誘導CPP組，分別放在不同的CPP視頻箱內任其自由活動并記錄其在黑、白箱內停留時間，以判定電極埋藏手術沒有改變其黑箱偏愛的天性。第二階段為誘導訓練階段，選大鼠非偏愛箱(白箱)作為伴藥箱，將海洛因誘導組大鼠皮下注射海洛因放入白箱內，第1天0.5 mg/(kg·d)，以后每天2次，每次遞增0.25 mg/kg，連續注射7 d。對照組大鼠同法皮下注射等量生理鹽水。第三階段為評價階段。訓練結束24 h后，記錄兩組大鼠15 min黑、白箱停留時間及其時間百分比做統計分析比較，以海洛因誘導后伴藥箱停留時間有無顯著延長，確定大鼠是否產生了CPP。統計分析表明(見表 1)，海洛因誘導組大鼠評價階段所測白箱停留時間和白箱停留時間百分比，均較正常對照組同期所測數據顯著增加(P＜0.01)，海洛因誘導組大鼠藥物注射前后白箱停留時間及其百分比差異也具有統計學意義(P＜0.01)。從我們前期的研究結果[3]及表 1實驗結果可知：伴藥箱內連續注射海洛因可誘導大鼠CPP的產生。
表1
海洛因誘導組大鼠白箱停留時間及其百分比分析(2.3 大鼠FrA區自發EEG無線遙測
利用EEG無線遙測系統及條件性位置偏愛黑白箱視頻系統，每天分別記錄對照組和海洛因誘導CPP組FrA區各15 min EEG數據，并標注其黑、白箱停留，黑-白箱穿梭和白-黑箱穿梭四種具體行為狀態。EEG采樣率為500 Hz，濾波范圍為0.05~50 Hz。
3 試驗結果及分析
依據現代生理學理論：隨意運動(如戒斷大鼠的覓藥)的意識起源于皮層聯絡區(主要在前額葉皮層)，經小腦和基底神經節編制運動計劃后，再反饋至皮層軀體運動區，通過皮層-脊髓束發動隨意運動。大量研究已證實，FrA與大鼠海洛因CPP或自給藥行為有關[12-13]。本實驗采集的FrA無線遙測EEG信號是該部位無數神經元電生理活動的總體表現，因而呈現確定系統的混沌規律，屬于典型的非線性、非平穩隨機過程[5]，特別是其中與覓藥動機及行為有關的EEG信號，上述特點尤其明顯。而樣本熵的物理意義就是表示非線性動力學系統產生新信息的速率，樣本熵值越小，序列自我相似性越高；樣本熵值越大，序列自我相似度越低即越復雜。假設海洛因誘導位置偏愛大鼠產生了毒癮發作，其相關皮層EEG將會發生特定序列的改變，并且這種序列改變在整個毒癮發作期可保持高度相似性，此時樣本熵值將減小，尤其是當引燃刺激出現，其毒癮發作最強烈時(如黑-白箱穿梭覓藥時)，其樣本熵值將會更小。
3.1 對照組與海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG信號(靜態)樣本熵分析
本文分別從15只對照組及15只海洛因誘導CPP組大鼠15 min遙測EEG數據中，選取了黑箱停留、黑-白箱穿梭、白箱停留、白-黑箱穿梭四種狀態下記錄的各20 s EEG數據，計算其FrA區EEG數據的樣本熵值并求其平均值，結果如圖 1所示。
圖1
對照組與海洛因誘導CPP組大鼠不同行為狀態下FrA區EEG樣本熵分析
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由圖 1可知，與對照組比較，海洛因誘導CPP組大鼠樣本熵顯著降低(P＜0.01)，說明海洛因誘導CPP大鼠FrA區EEG發生了“覓藥”或“心癮”發作的規律性改變，這種特異性EEG序列的相似性高，隨機性小，故呈現出特定的樣本熵減小趨勢。
進一步分析大鼠四種不同行為狀態的樣本熵發現，與對照組比較，海洛因誘導CPP大鼠在白-黑箱穿梭和黑箱停留狀態時，FrA區EEG樣本熵值無顯著改變，但黑-白箱穿梭和白箱停留狀態時，FrA區EEG樣本熵值顯著變小(P＜0.01)。表明將大鼠非嗜好的白箱作為伴藥箱連續注射海洛因，已使大鼠產生了藥物加場景所誘發的CPP和“心癮”，誘發大鼠通過黑-白箱穿梭覓藥，或長時間停留在白箱等待藥物注射。在此狀態下，海洛因誘導大鼠較之對照組FrA區神經元放電將發生顯著改變，并且這種放電的序列類型可在一段時間內保持高度一致，使樣本熵值降低。白-黑箱穿梭和黑箱停留屬于非覓藥或非藥物依賴狀態，其樣本熵值與對照組比較無明顯差異，表明大鼠FrA區EEG序列改變的隨意性較大，樣本熵值較高。
3.2 對照組與海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG信號動態樣本熵分析
為說明海洛因誘導CPP大鼠覓藥動機形成和行為與FrA區EEG樣本熵值改變之間的關聯，我們特意從對照組及海洛因誘導CPP組13#大鼠15 min遙測FrA區EEG數據中，選取一段完整包含黑箱停留、黑-白箱穿梭、白箱停留、白-黑箱穿梭四種狀態的EEG數據各100 s，其中黑箱停留、白箱停留兩種狀態下各為30 s，黑-白箱穿梭、白-黑箱穿梭兩種狀態下各為20 s(因大鼠在兩種穿梭狀態下的時間一般為20 s)，選取13#大鼠的原因是根據黑白箱視頻記錄結合柳田知司評定方法評價，其誘導CPP癥狀最明顯。利用自編的動態樣本熵程序分別計算兩只大鼠在100 s時間內的動態樣本熵。具體結果如圖 2所示。
圖2
對照組與海洛因誘導CPP組13#大鼠FrA區100 s EEG信號動態樣本熵分析
Figure2.
Dynamic sample entropy analysis of EEG recorded on FrA area of 13# rats of control group and heroin-induced CPP
圖 2顯示13#大鼠注射海洛因前后四種行為狀態下，100 s時長的EEG動態樣本熵值變化曲線，藥物注射前大鼠4種行為狀態下FrA區EEG樣本熵值變化不大，表明神經元電活動無相似規律，特異性不強。海洛因注射誘導產生CPP后，大鼠在行為對應為白箱停留的第一個30 s，行為對應為黑-白箱穿梭的最后20 s，動態樣本熵數值降低，明顯小于行為對應為白-黑箱穿梭狀態的中間20 s，以及行為狀態對應為黑箱停留的第二個30 s，說明海洛因成癮大鼠在伴藥箱停留以及黑-白箱穿梭狀態下其FrA區神經元活動相似性增加，呈現出規律性的神經元放電序列改變，這種較為一致的神經元放電激發了大鼠強制性的覓藥意識及行為；白箱停留時樣本熵值變小可能與伴藥箱場景記憶有關，從而誘發“藥癮”的精神性依賴。而黑箱停留狀態及白-黑箱穿梭狀態下其皮層神經元活動的規律性變弱，無毒癮發作的特異性EEG樣本熵改變。
4 結論
本研究采用位置偏愛視頻系統結合EEG無線遙測技術，記錄了對照組與海洛因誘導CPP組大鼠四種行為狀態下FrA區EEG數據，并利用EEG樣本熵對所測數據進行了處理，發現與對照組相比，海洛因誘導CPP組大鼠FrA區EEG樣本熵值顯著減小(P＜0.01)，表明藥物加場景所誘導的海洛因依賴大鼠在黑-白箱穿梭覓藥過程中，或停留在伴藥箱等待藥物注射狀態下，FrA區出現了較為規律的特異性EEG改變，區域中神經元放電序列類型相似
