Study on the Role of Physical Fields in TMAS to Modulate Synaptic Plasticity in Mice

神经调节 神经科学 磁刺激 可塑性 突触可塑性 神经可塑性 刺激 材料科学 心理学 医学 内科学 复合材料 受体
作者
Xiaoxu Ma,Xin Wang,Kai Zhu,Ren Ma,Fangxuan Chu,Xu Liu,Shunqi Zhang,Tao Yin,Xiaoqing Zhou,Zhipeng Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (5): 1531-1541 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tbme.2023.3342012
摘要

OBJECTIVE: Transcranial magneto-acoustic stimulation (TMAS) is a composite technique combining static magnetic and coupled electric fields with transcranial ultrasound stimulation (TUS) and has shown advantages in neuromodulation. However, the role of these physical fields in neuromodulation is unclear. Synaptic plasticity is the cellular basis for learning and memory. In this paper, we varied the intensity of static magnetic, electric and ultrasonic fields respectively to investigate the modulation of synaptic plasticity by these physical fields. METHODS: There are control, static magnetic field (0.1 T/0.2 T), TUS (0.15/0.3 MPa), and TMAS (0.15 MPa + 0.2 V/m, 0.3 MPa + 0.2 V/m, 0.3 MPa + 0.4 V/m) groups. Hippocampal areas were stimulated at 5 min daily for 7 days and in vivo electrophysiological experiments were performed. RESULTS: TMAS induced greater LTP, LTD, and paired-pulse ratio (PPR) than TUS, reflecting that TMAS has a more significant modulation in both long- and short- term synaptic plasticity. In TMAS, a doubling of the electric field amplitude increases LTP, LTD and PPR to a greater extent than a doubling of the acoustic pressure. Increasing the static magnetic field intensity has no significant effect on the modulation of synaptic plasticity. CONCLUSION: This paper argues that electric fields should be the main reason for the difference in modulation between TMAS and TUS and that changing the amplitude of the electric field affected the modulation of TMAS more than changing the acoustic pressure. SIGNIFICANCE: This study elucidates the roles of the physical fields in TMAS and provides a parameterisation way to guide TMAS applications based on the dominant roles of the physical fields.
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