反復的な経頭蓋磁気刺激は、マウスの加齢に伴う認知障害と神経細胞の興奮性を有意に改善する

[Repetitive transcranial magnetic stimulation significantly improves cognitive impairment and neuronal excitability during aging in mice].

• Haijun Zhu
• Chong Ding
• Yang Li
• Guizhi Xu

抄録

反復的経頭蓋磁気刺激(rTMS)は、非侵襲的な脳刺激法であり、治療的な神経リハビリツールとして関心が高まり注目されている。高周波rTMSは、動物の神経細胞の興奮性だけでなく、行動テストにおける認知性能を向上させることが研究で確認されています。本研究では、自然老化に伴うKunmingマウスの認知と神経細胞の興奮性に対するrTMSの効果を調べることを目的としています。若年マウス12匹、成人マウス12匹、高齢マウス12匹を用い、各年齢群を無作為にrTMS群と対照群に分け、rTMS処理群には高周波rTMS処理を15日間、対照群にはシャム刺激を15日間行った。その後、新規物体認識試験とステップダウン試験を行い、学習・記憶の認知を調べた。全細胞パッチクランプ法を用いて、海馬歯状回（DG）顆粒ニューロンの安静時膜電位、活動電位（AP）、関連するAPの電気的性質を記録・解析した。データ解析の結果、マウスの認知機能とDG顆粒ニューロンの神経興奮性は、年齢の上昇に伴って有意に変性していることが明らかになった。認知障害や一部の電気的特性の変性は、高周波rTMSの条件で緩和された。認知障害を緩和し、DG顆粒ニューロンの電気生理学的特性を変化させ、ニューロンの興奮性を高めることで認知能力を向上させるrTMSのメカニズムの一つであると考えられる。

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a noninvasive brain stimulation technique that has been paid attention to with increasing interests as a therapeutic neural rehabilitative tool. Studies confirmed that high-frequency rTMS could improve the cognitive performance in behavioral test as well as the excitability of the neuron in animals. This study aimes to investigate the effects of rTMS on the cognition and neuronal excitability of Kunming mice during the natural aging. Twelve young mice, 12 adult mice, and 12 aged mice were used, and each age group were randomly divided into rTMS group and control group. rTMS-treated groups were subjected to high-frequency rTMS treatment for 15 days, and control groups were treated with sham stimulation for 15 days. Then, novel object recognition and step-down tests were performed to examine cognition of learning and memory. Whole-cell patch clamp technique was used to record and analyze resting membrane potential, action potential (AP), and related electrical properties of AP of hippocampal dentate gyrus (DG) granule neurons. Data analysis showed that cognition of mice and neuronal excitability of DG granule neurons were degenerated significantly as the age increased. Cognitive damage and degeneration of some electrical properties were alleviated under the condition of high-frequency rTMS. It may be one of the mechanisms of rTMS to alleviate cognitive damage and improve cognitive ability by changing the electrophysiological properties of DG granule neurons and increasing neuronal excitability.

重复经颅磁刺激是一种无创的刺激脑技术，作为一种治疗性神经康复手段备受关注。有研究表明，高频重复经颅磁刺激可以提高动物在行为测试中的认知能力和神经元兴奋性。本文旨在研究小鼠自然老化过程中，高频重复经颅磁刺激对其认知能力和神经兴奋的影响。实采验用青年小鼠、成年小鼠、老年小鼠各 12 只，且每个年龄段小鼠被随机分成刺激和组对照组。刺激组小鼠接受连续 15 天的高频重复经颅磁刺激，对照组接受连续 15 天的伪刺激。刺激结束之后，进行新物体识别与跳台试测，用以上查小鼠的学习记忆能力。行为学试结束之后，进行全细胞脑片膜片钳实验，用以记录并分析海马齿状回颗粒神经元的静息膜电位、动作电位及其相关电特性指标。数据分析表明，小鼠认知能力与神经兴奋性随着老化而显著衰退，高重复频经颅磁刺激能显著改善知损伤并缓解神经电特性指的标衰退。通过改变海马齿状回颗粒神经元电生理特性以及提高神经元兴奋性，可能是重复经颅磁刺激缓解认知损伤、提高认知能力的机制之一。

重复经颅磁刺激是一种无创的脑刺激技术，作为一种治疗性神经康复手段备受关注。已有研究表明，高频重复经颅磁刺激可以提高动物在行为测试中的认知能力和神经元兴奋性。本文旨在研究小鼠自然老化过程中，高频重复经颅磁刺激对其认知能力和神经兴奋性的影响。实验采用青年小鼠、成年小鼠、老年小鼠各 12 只，且每个年龄段小鼠被随机分成刺激组和对照组。刺激组小鼠接受连续 15 天的高频重复经颅磁刺激，对照组接受连续 15 天的伪刺激。刺激结束之后，进行新物体识别与跳台测试，用以检查小鼠的学习记忆能力。行为学测试结束之后，进行全细胞脑片膜片钳实验，用以记录并分析海马齿状回颗粒神经元的静息膜电位、动作电位及其相关电特性指标。数据分析表明，小鼠认知能力与神经兴奋性随着老化而显著衰退，高频重复经颅磁刺激能显著改善认知损伤并缓解神经电特性指标的衰退。通过改变海马齿状回颗粒神经元电生理特性以及提高神经元兴奋性，可能是重复经颅磁刺激缓解认知损伤、提高认知能力的机制之一。.