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摘要随着中国载人航天工程全面转入空间站在轨建造任务阶段，航天员长期在轨驻留将成为常态。探究航天失重环境对人体各项生理功能的影响机制，是实现太空医学防护、减少航天员生理损害的重要基础。航天飞行过程与地面模拟实验均证实，失重环境影响脑功能而造成了航天员的失眠现象。然而，目前国内外缺少失重造成失眠状态下的脑信号发放模式研究，相应的脑信号探测工具研究也鲜有发表。本论文围绕模拟失重大鼠脑深部睡眠核团神经元放电模式和神经递质传递环路的实时同步检测关键科学问题，依托微机电加工技术制备微纳尺度高时空分辨率在体同步双模检测电极，开展动物个体行为学尺度、脑深部核团尺度、单个神经元尺度下失重对脑功能的影响实验，为保障航天员健康和在轨高效执行任务提供数据支撑。本论文的主要研究内容和创新成果包括以下几个方面:<br>　　1.围绕如何设计研制高灵敏微纳电极阵列，实现失重模型大鼠脑深部核团的原位双模同步探测的关键科学问题，开展了神经电信号、神经递质信号高时空分辨率同步检测的微纳电极阵列研究，成功设计制备了新型植入式硅基微纳电极阵列，实现了双模神经信号低阻抗、高信噪比检测。本文制备的微纳电极阵列，电极尺寸是微米尺度，在电极位点进行纳米材料的修饰，提高电极性能。利用微机电加工工艺技术制备的硅针电极，尺寸小、韧性高的特点有利于减少大鼠脑深部核团电极植入性损伤;20微米尺度的电极位点可以探测神经元级别的信息;电极位点匹配海马区和脑深部睡眠核团分布，实现多核团原位同步实时检测，探明神经环路的分布及信息流向。基于电化学检测原理，使用纳米材料修饰特定位点技术有效降低小尺寸的电极阻抗;使用位点表面修饰抗干扰膜技术减少复杂脑内化学环境干扰、提高待测物信号检测准确性。高时空分辨率动作电位信号及高灵敏度低干扰神经递质信号的在体同步双模检测电极设计制备，为探究失重模型下大鼠脑深部睡眠相关核团提供了工具支撑。<br>　　2.提出了失重造模对大鼠海马区神经元影响的检测方法，构建了CA1区和齿状回中间体神经元和锥体神经元的分类表达式，进行了从微观神经信息活动探测到宏观脑认知行为学检测的研究方法，发现了失重模型大鼠海马区动作电位发放暂停和椎体神经元对造模敏感性更高等现象。进行水迷宫实验证明失重模型大鼠的空间学习记忆能力低于正常大鼠;利用同步检测长期模拟失重造模大鼠的海马区CA1区和齿状回的神经电信号，发现放电活跃度造模第7天最高且明显高于正常水平，造模28天时低于正常水平，造模完成恢复3天后活跃度有所回升但仍低于正常水平，急性造模后活跃度显著增加;依据海马区测得的神经元信号将该区神经元分类为椎体神经元和中间体神经元，发现椎体神经元受造模影响更大。以上发现为航天员太空晕动症的椎体神经元靶向治疗思路提供了数据支撑。<br>　　3.提出了对模拟失重模型大鼠脑深部睡眠相关核团神经元双模信号的检测方法，发现了模拟失重环境刺激下，由侧下丘脑直接靶向丘脑室旁核分泌多巴胺引发其兴奋而最终导致大鼠失眠的环路传递现象。模拟失重急性造模瞬间检测到大鼠侧下丘脑神经元放电增加、释放多巴胺浓度增加，0.61毫秒后丘脑室旁核神经元放电活跃，从而刺激大鼠持续清醒、导致睡眠障碍。实验证明了高时空分辨率双模微纳电极阵列具备原位同步检测睡眠相关脑核团神经元信号变化的有效性，为解决航天员失眠问题提供重要的理论和数据支撑。