經顱磁聲電刺激是一種新型無創的神經調控手段，其利用超聲與靜磁場耦合作用產生的感應電場調節相應腦區神經節律振蕩活動。本文旨在探討經顱磁聲電刺激對記憶過程中神經元集群信息傳遞與交流的影響。實驗中，將20只健康成年維斯塔爾(Wistar)大鼠隨機分為對照組(5只)和刺激組(15只)，對刺激組施加0.05～0.15 T、2.66～13.33 W/cm2的經顱磁聲電刺激，對照組不施加刺激；采集大鼠執行T迷宮工作記憶任務中前額葉皮層的局部場電位信號，比較不同參數刺激組大鼠與對照組大鼠delta節律相位、theta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合差異性。實驗結果顯示，刺激組delta節律與gamma節律的耦合強度明顯低于對照組(P<0.05)，theta節律與gamma節律的耦合強度明顯高于對照組(P<0.05)；隨著刺激參數的增加，delta節律與gamma節律、theta節律與gamma節律耦合程度分別呈現減小、增大的趨勢。本文初步研究結果表明，經顱磁聲電刺激能夠抑制前額葉皮層中delta節律神經活動，增強theta節律與gamma節律振蕩活動，從而促進了不同空間范圍內神經元集群之間的信息交流與傳遞，這為進一步探索經顱磁聲電刺激調節大腦記憶功能的作用機制奠定了基礎。
引用本文： 黨君武, 張帥, 由勝男, 杜文靜, 徐桂芝. 經顱磁聲電刺激影響大鼠工作記憶中局部場電位的相位幅值耦合分析. 生物醫學工程學雜志, 2022, 39(2): 267-275. doi: 10.7507/1001-5515.202108036 復制
引言
大腦的認知是人或動物從外界獲得信息、大腦對信息加工處理及運用的過程，包括感覺、學習、記憶、思考等多種活動[1]。其中，記憶的形成與鞏固是各種高級認知活動的基礎，在個體的生存和發展中發揮不同的作用[2]。工作記憶是大腦為完成某種任務操作而暫時性存儲和處理信息，以用于后續復雜決策的認知行為過程，是人或動物行動計劃、思維和決策等認知功能的基礎[3]。前額葉皮層是與工作記憶相關的主要責任腦區，與人或動物的思維、情緒以及記憶的鞏固和提取密切相關[4]，在促進個體進行新信息的快速編碼、記憶網絡的高效整合與檢索方面發揮重要作用[5]。
局部場電位(local field potentials，LFPs)是電極附近興奮性或抑制性神經元突觸后電位的總和，記錄了大腦周期性波動或節律性神經放電活動，能夠反映神經元集群的規則化、同步化情況[6]。研究發現與記憶相關的神經振蕩頻段主要集中在theta（4～8 Hz）、gamma（>30 Hz）等頻段[7]。其中，theta節律一般出現在動物主動探索期間，在學習、記憶過程中不可或缺[8]；gamma節律主要參與選擇性注意、感覺特征綁定等感覺認知活動，并在記憶的提取和形成中發揮重要作用[9-10]。
經顱磁聲電刺激作為一種新型無創的神經調控手段，利用靜磁場與超聲的耦合效應，在神經組織中產生感應電流，調節神經核團的放電活動[11]。經顱磁聲電刺激的概念最早源于Norton[12]提出的在磁場作用下通過超聲傳播刺激皮質組織的方法。Yuan等[13-15]基于不同神經元模型，分別討論了不同參數的經顱磁聲電刺激對神經元放電節律、頻率適應性以及同步化的影響。有學者通過動物實驗發現，磁聲耦合刺激能有效調節小鼠海馬黑質神經，提高突觸可塑性，改善小鼠學習記憶、運動能力[16-19]。張帥等[11, 20]發現低頻率、脈沖超聲的經顱磁聲電刺激能顯著提高神經元集群的興奮性，且超聲參數的改變對LFPs功率譜和神經元鋒電位平均發放率產生重要影響。以往研究證明了經顱磁聲電刺激調節神經放電活動的有效性，但關于其如何參與調節大腦功能的生理機制尚不清楚，且未涉及對不同腦區之間協同作用以及同一腦區神經元集群之間信息傳遞與信息整合等影響的研究。
交叉頻率耦合描述了不同腦區神經節律之間的作用關系，反映了不同時空尺度上信息的整合與交流，與神經信息傳遞、突觸可塑性等密切相關[21-22]，其中低頻節律相位與高頻節律幅值之間的耦合被認為是不同區域局部和整體信息交流的潛在通信機制[23]，與工作記憶中多重對象的維持以及長時程記憶的回憶過程有關[24]。通過在體多通道微電極采集清醒動物在認知任務中對應腦區的神經電信號，結合相位幅值耦合分析方法，能夠反映記憶相關腦區中神經元集群之間的放電活動以及信息交互情況，有助于揭示大腦皮層信息傳遞整合機制。
本文以健康成年維斯塔爾(Wistar)大鼠為研究對象，分別采集經顱磁聲電刺激后大鼠（刺激組）與未經刺激正常大鼠（對照組）在執行工作記憶任務期間LFPs信號，基于交叉頻率耦合方法分析delta節律、theta節律與gamma節律之間的耦合關系。通過比較不同參數刺激組大鼠與對照組大鼠神經節律耦合差異性，探究經顱磁聲電刺激對神經元集群信息交互、同步化活動的影響，為揭示其調控大腦記憶功能的機制開辟新的途徑。
1 材料與方法
1.1 實驗動物
選擇20只健康成年雄性Wistar大鼠，6～8周齡，體重230～250 g，無特定病原體（specific pathogen free，SPF）級，購自北京華阜康生物科技股份有限公司，許可證號：SCXK（京）2020-0004，質量檢測單位：中國醫學科學院醫學實驗動物研究所。實驗期間飼養于河北工業大學動物實驗室，飼養環境保持恒溫24 ℃、恒濕50 %，食物與水自由獲取。實驗所有程序均由河北工業大學生物醫學倫理委員會審查通過（審查編號：HEBUTaCUC2020012）。
1.2 實驗過程
1.2.1 微電極陣列植入
術前對實驗大鼠腹腔注射10%水合氯醛麻醉，待完全麻醉后置于腦立體定位儀（51670，Stoelting Inc.，美國）。去除大鼠頭皮等組織，參考Wistar大鼠腦立體定位圖譜[25]，使用電動顱骨鉆（68605，上海奧爾科特生物科技有限公司，中國）在其前額葉皮層區域上方（以前囟為原點，向前2.5～4.5 mm，向右旁開0.2～1.0 mm）開一2.0 mm×0.8 mm矩形窗，利用微電極推進器（MEM，Thomas Recording Gmbh Inc.，德國）以0.02 mm/min速度向下推進16通道微電極陣列（HKP，Plexon Inc.，美國），至深度2.5～3.0 mm的位置，即前額葉皮層邊緣前皮質區，用牙科水泥進行固定，并作消毒處理。術后飼養大鼠一周左右，提供充足食物與水源，使其恢復。
1.2.2 經顱磁聲電刺激實驗及分組
刺激實驗開始前使用4.0%濃度的異氟烷對大鼠誘導麻醉，將大鼠固定于與麻醉機（MSS-35，Stoelting Inc.，美國）相連的固定架后，改為1.0 %濃度的異氟烷，待大鼠進入穩定的輕度麻醉狀態，開始刺激實驗。刺激過程中大鼠置于腦立體定位儀，動物麻醉機提供混合氧氣，磁鐵分別位于大鼠兩側，超聲探頭貼合大鼠頭皮，由波形發生器（33500B Series，Keysight Inc.，美國）和功率放大器（Model 150A100C，AR Inc.，美國）產生超聲波，經超聲換能器（P20FG，汕頭超聲電子股份有限公司, 中國）進入大鼠腦部前額葉皮層。實驗中所用磁鐵參數為0.05、0.10、0.15 T，超聲刺激參數：基頻為1.0 MHz，基波幅值分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 V，空間峰值脈沖平均強度Isppa分別為2.66、5.32、7.98、10.64、13.33 W/cm2，基波周期數為100，脈沖重復頻率為1.0 kHz，脈沖重復個數為100。
將植入微電極后恢復良好的20只大鼠隨機分為對照組（5只）和刺激組（15只），對照組不施加任何刺激（為排除麻醉等因素對實驗的影響，只進行與刺激組相同的麻醉過程），刺激組分成以下五組：① 2.66 W/cm2組，施加0.05 T、2.66 W/cm2的刺激；② 5.32 W/cm2組，施加0.05 T、5.32 W/cm2的刺激；③ 7.98 W/cm2組，施加0.05 T、7.98 W/cm2的刺激；④ 10.64 W/cm2組，施加0.05 T、10.64 W/cm2的刺激；⑤ 13.33 W/cm2組，施加0.05 T、13.33 W/cm2的刺激。刺激實驗中對大鼠每天施加兩次刺激，每次刺激時長1.0 min，兩次刺激實驗間隔8～10 h；每次刺激實驗后（對照組在經過麻醉過程后），進行行為學實驗，每組實驗持續14 d。待刺激組實驗結束，飼養大鼠（15只）一周后（以最大程度上減少對后續實驗的影響），隨機分為以下三組：① 0.05 T組，施加0.05 T、10.64 W/cm2的刺激；② 0.10 T組，施加0.10 T、10.64 W/cm2的刺激；③ 0.15 T組，施加0.15 T、10.64 W/cm2的刺激，再次進行每日的刺激實驗與行為學實驗（刺激時長、實驗間隔等與前面所述一致）。
1.2.3 工作記憶行為學實驗
T迷宮實驗是評價嚙齒類動物工作記憶能力的常用實驗方法之一[26]。實驗中采用的T迷宮由一個起始臂（臂端為起始位置）和兩個選擇臂（臂端可放置食物作為獎勵）組成。實驗開始前，將Wistar大鼠置于T迷宮適應環境（30 min/次，2次/d），允許大鼠自由探索活動，該期間（適應迷宮環境的3 d內）不進行刺激實驗；待適應期結束，開始刺激實驗，每次刺激結束，待大鼠從麻醉狀態清醒，恢復8～10 min（通常實驗所施加麻醉結束后約4～5 min大鼠可恢復正常），再進行每日工作記憶行為學訓練實驗（25次/組，2組/d），每組大鼠實驗持續14 d。一次訓練實驗包括自由選擇和延遲交替選擇兩個階段：首先在兩個選擇臂中放置食物，大鼠從起始位置出發，進入任意選擇臂，均可獲得一次食物獎勵，這一過程為自由選擇階段；隨后大鼠返回起始位置，經10 s延遲時間，再次出發進入某一選擇臂，該過程屬于延遲交替選擇階段[27]。在延遲交替選擇階段，只有大鼠到達與前一階段不同的選擇臂，才會獲得食物獎勵，若再次到達同一選擇臂，不會得到食物獎勵。大鼠的兩次選擇構成一次完整的工作記憶訓練任務，若大鼠兩次到達的選擇臂不同，獲得兩次食物獎勵，則認為該次訓練任務成功；反之，大鼠兩次到達同一選擇臂，只獲得一次食物獎勵，則認為該次訓練任務失敗。
1.3 數據采集與分析
1.3.1 數據采集
T迷宮工作記憶行為學實驗開始前，將大鼠頭部的微電極陣列與多通道神經電生理信號采集系統（Omniplex, Plexon Inc., 美國）連接，實時采集并記錄訓練過程中大鼠前額葉皮層的神經電信號。系統采樣頻率為40.0 kHz，神經電信號采樣頻率為1.0 kHz，獲取的信號經0.3～300 Hz低通濾波得到16通道LFPs數據。
1.3.2 數據預處理
在LFPs信號采集和傳輸過程中會受到許多因素干擾，如高斯噪聲、電極接觸不良、數據采集線晃動等，這些干擾可能會使信號中某些頻段分量增加，甚至引起信號波形失真，因而需要對原始信號作預處理。選取各組大鼠正確執行工作記憶任務期間的數據，首先使用陷波濾波的方法去除50 Hz工頻干擾，然后應用小波變換對信號波形進行擬合，去除基線漂移（頻率低于1 Hz的干擾），最后利用帶通濾波的方法提取工作記憶相關特征頻段：delta（1～4 Hz）、theta（4～8 Hz）、gamma（30～80 Hz）頻段，得到后續分析所用數據。隨機選取刺激組某一大鼠在經過選擇點位置前后500 ms（共1 000 ms）的LFPs數據，如圖1所示為刺激前、刺激后1～6通道原始信號與預處理后信號波形。由圖1可見，預處理前由于存在干擾分量，LFPs信號波動較大，預處理去除干擾后信號變得相對平緩；從預處理后信號來看，刺激前大鼠在行為選擇前后神經信號較為平穩，刺激后大鼠在行為選擇過程中神經信號波動劇烈，近似以經過選擇點位置時刻對稱分布。
圖1
原始信號與預處理信號（刺激前、刺激后）
Figure1.
Original signals and preprocessed signals (before and after stimulation)
1.3.3 數據分析
互信息(mutual information，MI)算法是常用的交叉頻率耦合分析方法之一，通過計算高頻節律幅值在低頻節律相位分布的香農熵，表征分布的不均勻性，并使用均勻分布時香農熵的最大值進行歸一化[28]。具體過程為：利用希爾伯特變換提取低頻節律相位信號 
與高頻節律幅值信號 
，將每個周期的相位信號 
平均分割成n等份，計算第j個相位區間對應高頻幅值的期望 
，除以期望值的總和，得到高頻節律幅值在低頻節律相位的分布 
[21]，如式（1）所示：
 |
然后，計算高頻節律幅值在低頻節律相位上分布的香農熵
，如式（2）所示：
 |
當
服從均勻分布時，
將達到最大值
，將上述香農熵歸一化為
，如式（3）所示：
 |
從預處理后的LFPs信號數據中，截取經過選擇點位置前后500 ms（共1 000 ms）的信號，每組獲取200段16通道實驗數據。對每一通道信號作希爾伯特變換，轉換為對應復合信號。提取delta節律、theta節律相位信號 
與gamma節律幅值信號 
，運用式（1）～（3）計算gamma節律幅值在delta節律、theta節律相位上的分布。將16通道的歸一化香農熵平均化，分別得到delta節律、theta節律與gamma節律的相位幅值耦合結果。耦合值大小直接體現了不同頻段神經信號之間的調制作用，由此可反映不同參數的刺激對神經節律活動的影響，表征工作記憶過程大鼠神經元集群信息交流與傳遞情況。
實驗數據以均值±標準差形式表示，采用統計學分析軟件Minitab 18（Minitab Inc., 美國）對大鼠行為學數據進行配對t檢驗，對比刺激組與對照組大鼠行為學的差異；以組別為因素，對各組相位幅值耦合值作單因素方差分析（one way ANOVA），對比不同參數刺激組與對照組數據之間的差異。當P<0.05時，差異具有統計學意義。
2 結果
2.1 工作記憶行為學結果
統計實驗中對照組、刺激組大鼠在每日訓練任務中的正確率，當大鼠執行工作記憶訓練任務的正確率連續3 d不低于80 %時，則認為其“學會”，達到工作記憶行為學訓練要求。根據統計數據，對照組大鼠達到正確率標準的時間為（10.25±1.52）d，刺激組大鼠達到正確率標準的時間為（7.65±0.90）d。統計學分析結果顯示，刺激組大鼠早于對照組大鼠達到“學會”標準，差異具有統計學意義（P<0.05）。
2.2 delta-gamma相位幅值耦合結果
如圖2所示為不同超聲刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，對照組相位幅值耦合值主要集中在1～4 Hz與35～60 Hz，連續集中的范圍較大，其中delta節律與低gamma節律（30～55 Hz）的相位幅值耦合較強，且delta節律與低gamma節律的耦合程度明顯高于delta節律與高gamma節律（55～80 Hz）的耦合；相對于對照組，刺激組相位幅值耦合值主要集中在1～4 Hz與35～50 Hz，耦合值整體上有所降低，耦合值連續集中的范圍縮小；隨著超聲強度的增加，delta節律與gamma節律的耦合強度不斷下降，同時耦合值連續分布的范圍有所減小，以delta節律與高gamma節律的耦合變化較為顯著。
圖2
不同超聲刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure2.
Distribution of delta-gamma phase amplitude coupling values in different ultrasound stimulation groups and control group
如圖3所示為不同磁場刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，刺激組以低delta節律（1～2 Hz）與gamma節律的耦合為主，耦合值整體上小于對照組，delta節律與低gamma節律的相位幅值耦合程度與delta節律與高gamma節律大致相同；隨著磁場強度的增加，delta節律與gamma節律的相位幅值耦合值不斷減小，以低delta節律與gamma節律的耦合變化最為明顯；同時耦合值集中分布的范圍不斷縮小，從delta頻段的范圍來看，0.05 T組耦合值較大部分主要在<2 Hz的范圍內，0.10 T組耦合值較大部分主要在<1.5 Hz的范圍內，0.15 T組耦合值較大部分主要在<1 Hz的范圍內。
圖3
不同磁場刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure3.
Distribution of delta-gamma phase amplitude coupling values in different magnetic field stimulation groups and control group
2.3 theta-gamma相位幅值耦合結果
如圖4所示為不同超聲刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，對照組相位幅值耦合值主要集中在4～6 Hz與65～80 Hz，theta節律與高gamma節律（55～80 Hz）耦合程度高于theta節律與低gamma節律（30～55 Hz）耦合程度；除2.66 W/cm2組與對照組差異較小外，其他刺激組耦合值均出現明顯的增加，以theta節律與低gamma節律的相位幅值耦合值變化最為明顯，但仍以theta節律與高gamma節律的耦合為主；隨著超聲強度的增加，theta節律與gamma節律耦合強度不斷增加，耦合值集中分布的范圍不斷擴大，以theta節律與高gamma節律的變化更為顯著。
圖4
不同超聲刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure4.
Distribution of theta-gamma phase amplitude coupling values in different ultrasound stimulation groups and control group
如圖5所示為不同磁場刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，刺激組大鼠相位幅值耦合值明顯高于對照組，主要分布在55～80 Hz，以theta節律與高gamma節律的耦合為主；隨著磁場強度的增加，耦合強度不斷增加，以theta節律與高gamma節律的變化較為顯著，同時耦合值（超過0.15）集中分布的范圍不斷擴大，且由低頻段向高頻段偏移，0.05 T組耦合值較大部分主要在4～5 Hz范圍內，而0.15 T組耦合值較大部分主要在4～5 Hz與7～9 Hz范圍內。
圖5
不同磁場刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure5.
Distribution of theta-gamma phase amplitude coupling values in different magnetic field stimulation groups and control group
2.4 統計學分析
如表1所示為不同超聲刺激組與對照組相位幅值耦合值，與圖2和圖4結果相對應，刺激組delta-gamma相位幅值耦合值明顯小于對照組，theta-gamma相位幅值耦合值大于對照組，除2.66 W/cm2組與對照組之間差異較小外，其它超聲刺激組與對照組之間的差異均具有統計學意義（P < 0.05）；隨著超聲強度的增加，delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度降低，theta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度增加。
表1
不同超聲刺激組和對照組相位幅值耦合值（
）
Table1.
Values of phase amplitude coupling in different ultrasound stimulation groups and control group（
）
如表2所示為不同磁場刺激組與對照組相位幅值耦合值，與圖3和圖5結果相對應，刺激組delta-gamma相位幅值耦合值明顯小于對照組，theta-gamma相位幅值耦合值明顯大于對照組，刺激組與對照組之間的差異均具有統計學意義（P < 0.05）；隨著磁場強度的增加，delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度降低，theta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度增強。
表2
不同磁場刺激組和對照組相位幅值耦合值（
）
Table2.
Values of phase amplitude coupling in different magne tic field stimulation groups and control group (
)
3 討論
delta節律的神經活動表示大腦皮層處于抑制狀態，delta與gamma的耦合情況通常出現在快速眼動睡眠、慢波睡眠期間[29]。已有研究表明，多巴胺在前額葉皮層的執行功能中發揮關鍵作用，參與記憶、決策、抑制控制等認知功能[30]。delta節律與gamma節律的耦合結果顯示，對照組delta節律相位與低gamma節律幅值耦合程度較高，且明顯高于delta節律與高gamma節律的耦合。這可能與工作記憶行為學任務過程中大鼠內側前額葉皮層多巴胺的釋放有關，實驗中大鼠積極主動探索T迷宮，獲得食物獎勵，期間多巴胺的釋放增加，從而影響了不同神經節律之間的耦合情況。相關研究顯示，清醒狀態下多巴胺的釋放會導致前額葉皮層中delta節律與gamma節律耦合強度出現明顯增加，并導致相位幅值耦合調制方式由theta-gamma節律耦合模式向delta-gamma節律耦合模式轉換[31]。而刺激組delta節律與gamma節律的相位幅值耦合程度明顯低于對照組，且隨著刺激強度的增加，刺激組中delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度不斷降低，以delta節律與高gamma節律之間的耦合變化最為明顯。這可能是經顱磁聲電刺激抑制了大鼠在執行工作記憶任務中由多巴胺釋放所引起的delta節律與gamma節律耦合過程，且抑制程度隨著刺激強度增加而增加。此外，2.66、10.64、13.33 W/cm2組中耦合值大致以2.5 Hz為界限呈左右對稱分布，連續分布的范圍較大，而0.05、0.10、0.15 T組耦合值大致以55 Hz為界限呈上下對稱分布，集中分布的范圍較小。這可能與不同參數刺激對神經節律的作用效果不同有關，刺激參數較小時，對delta節律的神經活動抑制效果較小，且對gamma節律神經活動促進作用有限；刺激參數較大時，對delta節律、gamma節律的神經活動影響以及兩種節律之間的耦合抑制效果也更明顯，因而使得耦合值分布呈現不同的規律與特點。
在大腦認知功能中，theta節律通過調節較大空間區域間的神經信息交互，協調多個腦區共同完成對記憶的維持，實現高級腦區對低級腦區的調控[32]。gamma節律主要調節局部區域內的神經活動過程，負責與任務相關的記憶表征的維持[33-34]。研究表明，theta節律與gamma節律之間的耦合與工作記憶的維持、回憶有關[24]，反映了認知活動中神經元集群信息交流與變化情況[35]。theta節律與gamma節律的耦合結果顯示，對照組耦合值主要集中在4～6 Hz與65～80 Hz，theta節律相位與高gamma節律幅值的耦合程度高于與低gamma節律的耦合，刺激組耦合值明顯高于對照組，以theta節律與低gamma節律耦合值增加最為明顯。這說明大鼠探索迷宮尋找食物時，其前額葉皮層中與工作記憶維持、回憶等相關的神經元信息交流活動比較頻繁。施加刺激后，促進了相關神經放電活動，同時加強了較小空間尺度下神經元集群的信息交流，有助于大鼠在行為學選擇中做出正確決策。隨著刺激強度增加，刺激組theta頻段相位與gamma頻段幅值之間的耦合強度不斷增大，耦合值集中分布的范圍不斷擴大。這說明刺激強度的增加，增強了theta節律、gamma節律的神經活動，促進了不同空間范圍內神經元集群之間信息交流與傳遞，不僅使得空間位置相鄰的神經元集群之間有了更多的信息交互，也加強了空間距離較遠的神經元集群之間的協同作用。此外，5.32、7.98 W/cm2組theta節律與gamma節律耦合值大致以50 Hz為界限呈上下對稱分布，即theta節律與低gamma節律、高gamma節律的耦合程度大致相同，而其他參數刺激組主要以theta節律與高gamma節律的耦合為主。這說明當刺激參數較小時，施加刺激主要促進了工作記憶的形成過程。隨著刺激參數增大，與工作記憶相關的信息提取過程也受到明顯的影響，但整體上對與記憶形成相關的神經活動影響更大。
本文以健康成年雄性Wistar大鼠為研究對象，從神經節律的耦合方面探究經顱磁聲電刺激對記憶認知功能的影響，雖然可以衡量刺激的作用效果，但基于記憶認知障礙大鼠的研究更具臨床意義，因此未來計劃選取老年癡呆大鼠，進一步驗證本文結論的準確性。此外，研究中重點關注與工作記憶相關的前額葉皮層，對于記憶相關的其他腦區（如海馬區）以及不同腦區之間的信息傳遞、信息整合等尚未涉及，有待后續研究中陸續展開。
4 結論
本文基于多通道微電極記錄技術，采集健康大鼠在工作記憶任務中LFPs信號，從低頻節律相位與高頻節律幅值耦合角度，探討不同刺激參數的經顱磁聲電刺激對大鼠工作記憶中前額葉皮層神經元集群信息活動的影響。結果表明經顱磁聲電刺激抑制了工作記憶任務中大鼠前額葉皮層delta節律神經振蕩，增強了theta節律與gamma節律神經活動，并引起節律耦合模式由delta-gamma模式向theta-gamma模式的轉變，進而促進了前額葉皮層神經元集群放電活動，以及與記憶相關的神經信息在不同時空尺度的傳遞。綜上，本文研究結果有助于揭示工作記憶中大腦皮層信息傳遞整合機制，為進一步探索經顱磁聲電刺激調控認知功能奠定基礎。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：黨君武是本研究實驗設計和實驗研究的執行人，完成數據分析，論文初稿的寫作；張帥是基金項目的負責人，指導實驗設計、數據分析、論文寫作與修改；由勝男、杜文靜參與實驗研究過程，負責實驗數據的處理和實驗結果分析；徐桂芝對文章知識性內容作批評性審閱與指導，參與論文校對和定稿。
倫理聲明：本研究通過了河北工業大學生物醫學倫理委員會的審批（批文編號：HEBUTaCUC2020012）。
引言
大腦的認知是人或動物從外界獲得信息、大腦對信息加工處理及運用的過程，包括感覺、學習、記憶、思考等多種活動[1]。其中，記憶的形成與鞏固是各種高級認知活動的基礎，在個體的生存和發展中發揮不同的作用[2]。工作記憶是大腦為完成某種任務操作而暫時性存儲和處理信息，以用于后續復雜決策的認知行為過程，是人或動物行動計劃、思維和決策等認知功能的基礎[3]。前額葉皮層是與工作記憶相關的主要責任腦區，與人或動物的思維、情緒以及記憶的鞏固和提取密切相關[4]，在促進個體進行新信息的快速編碼、記憶網絡的高效整合與檢索方面發揮重要作用[5]。
局部場電位(local field potentials，LFPs)是電極附近興奮性或抑制性神經元突觸后電位的總和，記錄了大腦周期性波動或節律性神經放電活動，能夠反映神經元集群的規則化、同步化情況[6]。研究發現與記憶相關的神經振蕩頻段主要集中在theta（4～8 Hz）、gamma（>30 Hz）等頻段[7]。其中，theta節律一般出現在動物主動探索期間，在學習、記憶過程中不可或缺[8]；gamma節律主要參與選擇性注意、感覺特征綁定等感覺認知活動，并在記憶的提取和形成中發揮重要作用[9-10]。
經顱磁聲電刺激作為一種新型無創的神經調控手段，利用靜磁場與超聲的耦合效應，在神經組織中產生感應電流，調節神經核團的放電活動[11]。經顱磁聲電刺激的概念最早源于Norton[12]提出的在磁場作用下通過超聲傳播刺激皮質組織的方法。Yuan等[13-15]基于不同神經元模型，分別討論了不同參數的經顱磁聲電刺激對神經元放電節律、頻率適應性以及同步化的影響。有學者通過動物實驗發現，磁聲耦合刺激能有效調節小鼠海馬黑質神經，提高突觸可塑性，改善小鼠學習記憶、運動能力[16-19]。張帥等[11, 20]發現低頻率、脈沖超聲的經顱磁聲電刺激能顯著提高神經元集群的興奮性，且超聲參數的改變對LFPs功率譜和神經元鋒電位平均發放率產生重要影響。以往研究證明了經顱磁聲電刺激調節神經放電活動的有效性，但關于其如何參與調節大腦功能的生理機制尚不清楚，且未涉及對不同腦區之間協同作用以及同一腦區神經元集群之間信息傳遞與信息整合等影響的研究。
交叉頻率耦合描述了不同腦區神經節律之間的作用關系，反映了不同時空尺度上信息的整合與交流，與神經信息傳遞、突觸可塑性等密切相關[21-22]，其中低頻節律相位與高頻節律幅值之間的耦合被認為是不同區域局部和整體信息交流的潛在通信機制[23]，與工作記憶中多重對象的維持以及長時程記憶的回憶過程有關[24]。通過在體多通道微電極采集清醒動物在認知任務中對應腦區的神經電信號，結合相位幅值耦合分析方法，能夠反映記憶相關腦區中神經元集群之間的放電活動以及信息交互情況，有助于揭示大腦皮層信息傳遞整合機制。
本文以健康成年維斯塔爾(Wistar)大鼠為研究對象，分別采集經顱磁聲電刺激后大鼠（刺激組）與未經刺激正常大鼠（對照組）在執行工作記憶任務期間LFPs信號，基于交叉頻率耦合方法分析delta節律、theta節律與gamma節律之間的耦合關系。通過比較不同參數刺激組大鼠與對照組大鼠神經節律耦合差異性，探究經顱磁聲電刺激對神經元集群信息交互、同步化活動的影響，為揭示其調控大腦記憶功能的機制開辟新的途徑。
1 材料與方法
1.1 實驗動物
選擇20只健康成年雄性Wistar大鼠，6～8周齡，體重230～250 g，無特定病原體（specific pathogen free，SPF）級，購自北京華阜康生物科技股份有限公司，許可證號：SCXK（京）2020-0004，質量檢測單位：中國醫學科學院醫學實驗動物研究所。實驗期間飼養于河北工業大學動物實驗室，飼養環境保持恒溫24 ℃、恒濕50 %，食物與水自由獲取。實驗所有程序均由河北工業大學生物醫學倫理委員會審查通過（審查編號：HEBUTaCUC2020012）。
1.2 實驗過程
1.2.1 微電極陣列植入
術前對實驗大鼠腹腔注射10%水合氯醛麻醉，待完全麻醉后置于腦立體定位儀（51670，Stoelting Inc.，美國）。去除大鼠頭皮等組織，參考Wistar大鼠腦立體定位圖譜[25]，使用電動顱骨鉆（68605，上海奧爾科特生物科技有限公司，中國）在其前額葉皮層區域上方（以前囟為原點，向前2.5～4.5 mm，向右旁開0.2～1.0 mm）開一2.0 mm×0.8 mm矩形窗，利用微電極推進器（MEM，Thomas Recording Gmbh Inc.，德國）以0.02 mm/min速度向下推進16通道微電極陣列（HKP，Plexon Inc.，美國），至深度2.5～3.0 mm的位置，即前額葉皮層邊緣前皮質區，用牙科水泥進行固定，并作消毒處理。術后飼養大鼠一周左右，提供充足食物與水源，使其恢復。
1.2.2 經顱磁聲電刺激實驗及分組
刺激實驗開始前使用4.0%濃度的異氟烷對大鼠誘導麻醉，將大鼠固定于與麻醉機（MSS-35，Stoelting Inc.，美國）相連的固定架后，改為1.0 %濃度的異氟烷，待大鼠進入穩定的輕度麻醉狀態，開始刺激實驗。刺激過程中大鼠置于腦立體定位儀，動物麻醉機提供混合氧氣，磁鐵分別位于大鼠兩側，超聲探頭貼合大鼠頭皮，由波形發生器（33500B Series，Keysight Inc.，美國）和功率放大器（Model 150A100C，AR Inc.，美國）產生超聲波，經超聲換能器（P20FG，汕頭超聲電子股份有限公司, 中國）進入大鼠腦部前額葉皮層。實驗中所用磁鐵參數為0.05、0.10、0.15 T，超聲刺激參數：基頻為1.0 MHz，基波幅值分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 V，空間峰值脈沖平均強度Isppa分別為2.66、5.32、7.98、10.64、13.33 W/cm2，基波周期數為100，脈沖重復頻率為1.0 kHz，脈沖重復個數為100。
將植入微電極后恢復良好的20只大鼠隨機分為對照組（5只）和刺激組（15只），對照組不施加任何刺激（為排除麻醉等因素對實驗的影響，只進行與刺激組相同的麻醉過程），刺激組分成以下五組：① 2.66 W/cm2組，施加0.05 T、2.66 W/cm2的刺激；② 5.32 W/cm2組，施加0.05 T、5.32 W/cm2的刺激；③ 7.98 W/cm2組，施加0.05 T、7.98 W/cm2的刺激；④ 10.64 W/cm2組，施加0.05 T、10.64 W/cm2的刺激；⑤ 13.33 W/cm2組，施加0.05 T、13.33 W/cm2的刺激。刺激實驗中對大鼠每天施加兩次刺激，每次刺激時長1.0 min，兩次刺激實驗間隔8～10 h；每次刺激實驗后（對照組在經過麻醉過程后），進行行為學實驗，每組實驗持續14 d。待刺激組實驗結束，飼養大鼠（15只）一周后（以最大程度上減少對后續實驗的影響），隨機分為以下三組：① 0.05 T組，施加0.05 T、10.64 W/cm2的刺激；② 0.10 T組，施加0.10 T、10.64 W/cm2的刺激；③ 0.15 T組，施加0.15 T、10.64 W/cm2的刺激，再次進行每日的刺激實驗與行為學實驗（刺激時長、實驗間隔等與前面所述一致）。
1.2.3 工作記憶行為學實驗
T迷宮實驗是評價嚙齒類動物工作記憶能力的常用實驗方法之一[26]。實驗中采用的T迷宮由一個起始臂（臂端為起始位置）和兩個選擇臂（臂端可放置食物作為獎勵）組成。實驗開始前，將Wistar大鼠置于T迷宮適應環境（30 min/次，2次/d），允許大鼠自由探索活動，該期間（適應迷宮環境的3 d內）不進行刺激實驗；待適應期結束，開始刺激實驗，每次刺激結束，待大鼠從麻醉狀態清醒，恢復8～10 min（通常實驗所施加麻醉結束后約4～5 min大鼠可恢復正常），再進行每日工作記憶行為學訓練實驗（25次/組，2組/d），每組大鼠實驗持續14 d。一次訓練實驗包括自由選擇和延遲交替選擇兩個階段：首先在兩個選擇臂中放置食物，大鼠從起始位置出發，進入任意選擇臂，均可獲得一次食物獎勵，這一過程為自由選擇階段；隨后大鼠返回起始位置，經10 s延遲時間，再次出發進入某一選擇臂，該過程屬于延遲交替選擇階段[27]。在延遲交替選擇階段，只有大鼠到達與前一階段不同的選擇臂，才會獲得食物獎勵，若再次到達同一選擇臂，不會得到食物獎勵。大鼠的兩次選擇構成一次完整的工作記憶訓練任務，若大鼠兩次到達的選擇臂不同，獲得兩次食物獎勵，則認為該次訓練任務成功；反之，大鼠兩次到達同一選擇臂，只獲得一次食物獎勵，則認為該次訓練任務失敗。
1.3 數據采集與分析
1.3.1 數據采集
T迷宮工作記憶行為學實驗開始前，將大鼠頭部的微電極陣列與多通道神經電生理信號采集系統（Omniplex, Plexon Inc., 美國）連接，實時采集并記錄訓練過程中大鼠前額葉皮層的神經電信號。系統采樣頻率為40.0 kHz，神經電信號采樣頻率為1.0 kHz，獲取的信號經0.3～300 Hz低通濾波得到16通道LFPs數據。
1.3.2 數據預處理
在LFPs信號采集和傳輸過程中會受到許多因素干擾，如高斯噪聲、電極接觸不良、數據采集線晃動等，這些干擾可能會使信號中某些頻段分量增加，甚至引起信號波形失真，因而需要對原始信號作預處理。選取各組大鼠正確執行工作記憶任務期間的數據，首先使用陷波濾波的方法去除50 Hz工頻干擾，然后應用小波變換對信號波形進行擬合，去除基線漂移（頻率低于1 Hz的干擾），最后利用帶通濾波的方法提取工作記憶相關特征頻段：delta（1～4 Hz）、theta（4～8 Hz）、gamma（30～80 Hz）頻段，得到后續分析所用數據。隨機選取刺激組某一大鼠在經過選擇點位置前后500 ms（共1 000 ms）的LFPs數據，如圖1所示為刺激前、刺激后1～6通道原始信號與預處理后信號波形。由圖1可見，預處理前由于存在干擾分量，LFPs信號波動較大，預處理去除干擾后信號變得相對平緩；從預處理后信號來看，刺激前大鼠在行為選擇前后神經信號較為平穩，刺激后大鼠在行為選擇過程中神經信號波動劇烈，近似以經過選擇點位置時刻對稱分布。
圖1
原始信號與預處理信號（刺激前、刺激后）
Figure1.
Original signals and preprocessed signals (before and after stimulation)
1.3.3 數據分析
互信息(mutual information，MI)算法是常用的交叉頻率耦合分析方法之一，通過計算高頻節律幅值在低頻節律相位分布的香農熵，表征分布的不均勻性，并使用均勻分布時香農熵的最大值進行歸一化[28]。具體過程為：利用希爾伯特變換提取低頻節律相位信號 與高頻節律幅值信號 ，將每個周期的相位信號 平均分割成n等份，計算第j個相位區間對應高頻幅值的期望 ，除以期望值的總和，得到高頻節律幅值在低頻節律相位的分布 [21]，如式（1）所示：
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然后，計算高頻節律幅值在低頻節律相位上分布的香農熵，如式（2）所示：
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當服從均勻分布時，將達到最大值，將上述香農熵歸一化為，如式（3）所示：
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從預處理后的LFPs信號數據中，截取經過選擇點位置前后500 ms（共1 000 ms）的信號，每組獲取200段16通道實驗數據。對每一通道信號作希爾伯特變換，轉換為對應復合信號。提取delta節律、theta節律相位信號 與gamma節律幅值信號 ，運用式（1）～（3）計算gamma節律幅值在delta節律、theta節律相位上的分布。將16通道的歸一化香農熵平均化，分別得到delta節律、theta節律與gamma節律的相位幅值耦合結果。耦合值大小直接體現了不同頻段神經信號之間的調制作用，由此可反映不同參數的刺激對神經節律活動的影響，表征工作記憶過程大鼠神經元集群信息交流與傳遞情況。
實驗數據以均值±標準差形式表示，采用統計學分析軟件Minitab 18（Minitab Inc., 美國）對大鼠行為學數據進行配對t檢驗，對比刺激組與對照組大鼠行為學的差異；以組別為因素，對各組相位幅值耦合值作單因素方差分析（one way ANOVA），對比不同參數刺激組與對照組數據之間的差異。當P<0.05時，差異具有統計學意義。
2 結果
2.1 工作記憶行為學結果
統計實驗中對照組、刺激組大鼠在每日訓練任務中的正確率，當大鼠執行工作記憶訓練任務的正確率連續3 d不低于80 %時，則認為其“學會”，達到工作記憶行為學訓練要求。根據統計數據，對照組大鼠達到正確率標準的時間為（10.25±1.52）d，刺激組大鼠達到正確率標準的時間為（7.65±0.90）d。統計學分析結果顯示，刺激組大鼠早于對照組大鼠達到“學會”標準，差異具有統計學意義（P<0.05）。
2.2 delta-gamma相位幅值耦合結果
如圖2所示為不同超聲刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，對照組相位幅值耦合值主要集中在1～4 Hz與35～60 Hz，連續集中的范圍較大，其中delta節律與低gamma節律（30～55 Hz）的相位幅值耦合較強，且delta節律與低gamma節律的耦合程度明顯高于delta節律與高gamma節律（55～80 Hz）的耦合；相對于對照組，刺激組相位幅值耦合值主要集中在1～4 Hz與35～50 Hz，耦合值整體上有所降低，耦合值連續集中的范圍縮小；隨著超聲強度的增加，delta節律與gamma節律的耦合強度不斷下降，同時耦合值連續分布的范圍有所減小，以delta節律與高gamma節律的耦合變化較為顯著。
圖2
不同超聲刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure2.
Distribution of delta-gamma phase amplitude coupling values in different ultrasound stimulation groups and control group
如圖3所示為不同磁場刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，刺激組以低delta節律（1～2 Hz）與gamma節律的耦合為主，耦合值整體上小于對照組，delta節律與低gamma節律的相位幅值耦合程度與delta節律與高gamma節律大致相同；隨著磁場強度的增加，delta節律與gamma節律的相位幅值耦合值不斷減小，以低delta節律與gamma節律的耦合變化最為明顯；同時耦合值集中分布的范圍不斷縮小，從delta頻段的范圍來看，0.05 T組耦合值較大部分主要在<2 Hz的范圍內，0.10 T組耦合值較大部分主要在<1.5 Hz的范圍內，0.15 T組耦合值較大部分主要在<1 Hz的范圍內。
圖3
不同磁場刺激組和對照組delta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure3.
Distribution of delta-gamma phase amplitude coupling values in different magnetic field stimulation groups and control group
2.3 theta-gamma相位幅值耦合結果
如圖4所示為不同超聲刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，對照組相位幅值耦合值主要集中在4～6 Hz與65～80 Hz，theta節律與高gamma節律（55～80 Hz）耦合程度高于theta節律與低gamma節律（30～55 Hz）耦合程度；除2.66 W/cm2組與對照組差異較小外，其他刺激組耦合值均出現明顯的增加，以theta節律與低gamma節律的相位幅值耦合值變化最為明顯，但仍以theta節律與高gamma節律的耦合為主；隨著超聲強度的增加，theta節律與gamma節律耦合強度不斷增加，耦合值集中分布的范圍不斷擴大，以theta節律與高gamma節律的變化更為顯著。
圖4
不同超聲刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure4.
Distribution of theta-gamma phase amplitude coupling values in different ultrasound stimulation groups and control group
如圖5所示為不同磁場刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值的分布情況，刺激組大鼠相位幅值耦合值明顯高于對照組，主要分布在55～80 Hz，以theta節律與高gamma節律的耦合為主；隨著磁場強度的增加，耦合強度不斷增加，以theta節律與高gamma節律的變化較為顯著，同時耦合值（超過0.15）集中分布的范圍不斷擴大，且由低頻段向高頻段偏移，0.05 T組耦合值較大部分主要在4～5 Hz范圍內，而0.15 T組耦合值較大部分主要在4～5 Hz與7～9 Hz范圍內。
圖5
不同磁場刺激組和對照組theta-gamma相位幅值耦合值分布
Figure5.
Distribution of theta-gamma phase amplitude coupling values in different magnetic field stimulation groups and control group
2.4 統計學分析
如表1所示為不同超聲刺激組與對照組相位幅值耦合值，與圖2和圖4結果相對應，刺激組delta-gamma相位幅值耦合值明顯小于對照組，theta-gamma相位幅值耦合值大于對照組，除2.66 W/cm2組與對照組之間差異較小外，其它超聲刺激組與對照組之間的差異均具有統計學意義（P < 0.05）；隨著超聲強度的增加，delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度降低，theta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度增加。
表1
不同超聲刺激組和對照組相位幅值耦合值（）
Table1.
Values of phase amplitude coupling in different ultrasound stimulation groups and control group（）
如表2所示為不同磁場刺激組與對照組相位幅值耦合值，與圖3和圖5結果相對應，刺激組delta-gamma相位幅值耦合值明顯小于對照組，theta-gamma相位幅值耦合值明顯大于對照組，刺激組與對照組之間的差異均具有統計學意義（P < 0.05）；隨著磁場強度的增加，delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度降低，theta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度增強。
表2
不同磁場刺激組和對照組相位幅值耦合值（）
Table2.
Values of phase amplitude coupling in different magne tic field stimulation groups and control group ()
3 討論
delta節律的神經活動表示大腦皮層處于抑制狀態，delta與gamma的耦合情況通常出現在快速眼動睡眠、慢波睡眠期間[29]。已有研究表明，多巴胺在前額葉皮層的執行功能中發揮關鍵作用，參與記憶、決策、抑制控制等認知功能[30]。delta節律與gamma節律的耦合結果顯示，對照組delta節律相位與低gamma節律幅值耦合程度較高，且明顯高于delta節律與高gamma節律的耦合。這可能與工作記憶行為學任務過程中大鼠內側前額葉皮層多巴胺的釋放有關，實驗中大鼠積極主動探索T迷宮，獲得食物獎勵，期間多巴胺的釋放增加，從而影響了不同神經節律之間的耦合情況。相關研究顯示，清醒狀態下多巴胺的釋放會導致前額葉皮層中delta節律與gamma節律耦合強度出現明顯增加，并導致相位幅值耦合調制方式由theta-gamma節律耦合模式向delta-gamma節律耦合模式轉換[31]。而刺激組delta節律與gamma節律的相位幅值耦合程度明顯低于對照組，且隨著刺激強度的增加，刺激組中delta節律相位與gamma節律幅值之間的耦合強度不斷降低，以delta節律與高gamma節律之間的耦合變化最為明顯。這可能是經顱磁聲電刺激抑制了大鼠在執行工作記憶任務中由多巴胺釋放所引起的delta節律與gamma節律耦合過程，且抑制程度隨著刺激強度增加而增加。此外，2.66、10.64、13.33 W/cm2組中耦合值大致以2.5 Hz為界限呈左右對稱分布，連續分布的范圍較大，而0.05、0.10、0.15 T組耦合值大致以55 Hz為界限呈上下對稱分布，集中分布的范圍較小。這可能與不同參數刺激對神經節律的作用效果不同有關，刺激參數較小時，對delta節律的神經活動抑制效果較小，且對gamma節律神經活動促進作用有限；刺激參數較大時，對delta節律、gamma節律的神經活動影響以及兩種節律之間的耦合抑制效果也更明顯，因而使得耦合值分布呈現不同的規律與特點。
在大腦認知功能中，theta節律通過調節較大空間區域間的神經信息交互，協調多個腦區共同完成對記憶的維持，實現高級腦區對低級腦區的調控[32]。gamma節律主要調節局部區域內的神經活動過程，負責與任務相關的記憶表征的維持[33-34]。研究表明，theta節律與gamma節律之間的耦合與工作記憶的維持、回憶有關[24]，反映了認知活動中神經元集群信息交流與變化情況[35]。theta節律與gamma節律的耦合結果顯示，對照組耦合值主要集中在4～6 Hz與65～80 Hz，theta節律相位與高gamma節律幅值的耦合程度高于與低gamma節律的耦合，刺激組耦合值明顯高于對照組，以theta節律與低gamma節律耦合值增加最為明顯。這說明大鼠探索迷宮尋找食物時，其前額葉皮層中與工作記憶維持、回憶等相關的神經元信息交流活動比較頻繁。施加刺激后，促進了相關神經放電活動，同時加強了較小空間尺度下神經元集群的信息交流，有助于大鼠在行為學選擇中做出正確決策。隨著刺激強度增加，刺激組theta頻段相位與gamma頻段幅值之間的耦合強度不斷增大，耦合值集中分布的范圍不斷擴大。這說明刺激強度的增加，增強了theta節律、gamma節律的神經活動，促進了不同空間范圍內神經元集群之間信息交流與傳遞，不僅使得空間位置相鄰的神經元集群之間有了更多的信息交互，也加強了空間距離較遠的神經元集群之間的協同作用。此外，5.32、7.98 W/cm2組theta節律與gamma節律耦合值大致以50 Hz為界限呈上下對稱分布，即theta節律與低gamma節律、高gamma節律的耦合程度大致相同，而其他參數刺激組主要以theta節律與高gamma節律的耦合為主。這說明當刺激參數較小時，施加刺激主要促進了工作記憶的形成過程。隨著刺激參數增大，與工作記憶相關的信息提取過程也受到明顯的影響，但整體上對與記憶形成相關的神經活動影響更大。
本文以健康成年雄性Wistar大鼠為研究對象，從神經節律的耦合方面探究經顱磁聲電刺激對記憶認知功能的影響，雖然可以衡量刺激的作用效果，但基于記憶認知障礙大鼠的研究更具臨床意義，因此未來計劃選取老年癡呆大鼠，進一步驗證本文結論的準確性。此外，研究中重點關注與工作記憶相關的前額葉皮層，對于記憶相關的其他腦區（如海馬區）以及不同腦區之間的信息傳遞、信息整合等尚未涉及，有待后續研究中陸續展開。
4 結論
本文基于多通道微電極記錄技術，采集健康大鼠在工作記憶任務中LFPs信號，從低頻節律相位與高頻節律幅值耦合角度，探討不同刺激參數的經顱磁聲電刺激對大鼠工作記憶中前額葉皮層神經元集群信息活動的影響。結果表明經顱磁聲電刺激抑制了工作記憶任務中大鼠前額葉皮層delta節律神經振蕩，增強了theta節律與gamma節律神經活動，并引起節律耦合模式由delta-gamma模式向theta-gamma模式的轉變，進而促進了前額葉皮層神經元集群放電活動，以及與記憶相關的神經信息在不同時空尺度的傳遞。綜上，本文研究結果有助于揭示工作記憶中大腦皮層信息傳遞整合機制，為進一步探索經顱磁聲電刺激調控認知功能奠定基礎。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：黨君武是本研究實驗設計和實驗研究的執行人，完成數據分析，論文初稿的寫作；張帥是基金項目的負責人，指導實驗設計、數據分析、論文寫作與修改；由勝男、杜文靜參與實驗研究過程，負責實驗數據的處理和實驗結果分析；徐桂芝對文章知識性內容作批評性審閱與指導，參與論文校對和定稿。
倫理聲明：本研究通過了河北工業大學生物醫學倫理委員會的審批（批文編號：HEBUTaCUC2020012）。
