CN107708544A

CN107708544A - 用于通过内源性心脏神经系统监视和处置心律失常和心脏功能的系统和方法

Info

Publication number: CN107708544A
Application number: CN201680036325.2A
Authority: CN
Inventors: K·西弗库玛; J·L·阿德尔
Original assignee: University of California San Diego UCSD
Current assignee: University of California San Diego UCSD
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2018-02-16
Also published as: EP3285640A4; EP3285640A2; RU2017139781A; CA2995215A1; WO2016172309A2; JP2018515184A; US20180116541A1

Abstract

本发明包括用于通过内源性心脏神经系统测量、监视和处置心律失常和心脏功能的系统和方法。所述系统和方法比较所述内源性心脏神经系统的与健康心肌组织和病变心肌组织相关联的神经签名，以识别并且定标信号传导已受病变心脏组织影响的传入内源性心脏神经元。因此，调制从所述病变心肌到所述内源性心脏神经系统、胸内心外神经节和心脏神经轴的较高中心的传入神经信号的方法被用作减缓缺血性心脏病的新颖治疗方法。

Description

用于通过内源性心脏神经系统监视和处置心律失常和心脏功能的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月21日提交的美国临时专利申请第62/150,463号的优先权，所述美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。

发明背景

由室性心律失常引起的心脏性猝死(SCD)是全球高死亡率的主要原因，估计每年导致四到五百万例死亡(Chugh等人，2008,.Progress in cardiovascular diseases,51(3):213-28)。心肌梗塞(MI)之后自主神经系统(ANS)的调节异常在心律失常的发生和向心力衰竭的发展中起关键作用(Vaseghi和Shivkumar,2008,Prog Cardiovasc Dis,50(6):404-19；Shen和Zipes,2014,Circulation Research；114(6):1004-21)。心脏神经轴负责心脏电功能和机械功能的动态调节(Armour,2004,Am J Physiol Regul Integr CompPhysiol；287(2):R262-71；Ardell,2004,Basic and Clinical Neurocardiology.NewYork:Oxford University Press:187–219)，并且涉及从心脏水平的位置(Armour,2008,Exp Physiol；93(2):165-76；Beaumont等人，2013,The Journal of physiology；591(Pt18):4515-33)到岛叶皮层水平的位置(Oppenheimer和Hopkins,1994,Neurocardiology.New York:Oxford University Press:309-42；Gray等人，2007,ProcNatl Acad Sci U S A.,104(16):6818-23)的神经网络。

在器官水平处，内源性心脏神经系统(ICNS)包含神经节和互连神经的分布式网络(Armour,2008,Exp Physiol；93(2):165-76)。ICNS与较高神经轴中心(胸内心外神经节、脊髓、脑干和皮层)共同按博动调节心脏功能(Armour,2004,Am J Physiol Regul IntegrComp Physiol.；287(2):R262-71；Ardell,2004,Basic and ClinicalNeurocardiology.New York:Oxford University Press；187–219；Beaumont等人，2013,The Journal of physiology.；591(Pt 18):4515-33)。ICNS含有独立于较高中心的心内反射控制所必需的所有神经元素(Murphy等人，2000,Ann Thorac Surg.；69(6):1769-81)，即感觉神经元、肾上腺素能和胆碱能传出节后神经元，以及介入局部电路神经元(LCN)(Armour,2008,Exp Physiol.；93(2):165-76)。最大亚群LCN解决在ICNS内的神经元中发生的神经节内和神经节间通信并且负责局部信息处理(Armour,2008,Exp Physiol.,93(2):165-76)。

MI等心脏病不利地影响心肌并且影响心肌的相关联神经组件(Vracko等人，1991,Hum Pathol.；22(2):138-46；Cao等人，2000,Circulation.101(16):1960-9；Ajijola等人，2015,Heart Rhythm.；Kember等人,2013,Physiol Genomics；45(15):638-44)。关于心脏损伤的神经信号通过心脏传入神经转导至心脏神经轴的多个水平(Armour,1999,Cardiovascular Research.；41(1):41-54)。心脏神经轴内的神经重塑及其对心肌梗塞后(post-MI)感觉信号的处理(Wang等人，2014,Hypertension.；64(4):745-55)有助于神经介质活化(Zucker等人，2012,Heart failure clinics.；8(1):87-99)和SCD的可能性。患有缺血性心脏病的人群的内源性心脏(IC)神经元含有内含物和液泡，并且在所述内源性心脏神经元的树突和轴突中表现出退行性变化(Hopkins等人，2000,The Anatomical record.；259(4):424-36)。源自慢性MI动物的IC神经元的体外细胞内研究表明增强的兴奋性、更改的突触效力和神经化学表型的适应性变化(Hardwick等人，2014,Auton Neurosci；181(4-12)。然而，这些变化对体内神经信号传导的功能结果在愈合梗塞的情况下还没有直接记录，并且相关的了解也有限。

需要彻底检查ICNS内的形态学和表型重塑，并评估传入和传出输入(交感神经和副交感神经)的ICNS处理的重塑，并通过LCN进行整合。心脏起博的效应也需要进一步回顾。起搏与从机械论观点来理解以下原因直接相关：有关最小化患者借助设备的心室起搏的策略已在临床试验中表现出对缺血性心脏病患者的存活有益(Wilkoff等人，2002,JAMA.；288(24):3115-23；Sweeney等人，2003,Circulation.；107(23):2932-7)。

需要用于表征与缺血性心脏病相关联的不利神经签名的系统和方法，来帮助监视疾病和治疗的效力以定标ANS并减缓心脏病的发展。本发明满足这一需求。

发明概述

在一方面，本发明提供一种评估对象中的缺血性心脏病的方法。所述方法包含测量指示来自至少一个内源性心脏神经元的神经签名的多个电信号；比较所述测量的信号与所述内源性心脏神经系统的参考神经签名；以及确定所述测量的信号与所述神经签名之间的差异是否超过临界值。

在一个实施方案中，所述方法包含当超过所述临界值时以至少一个治疗元件处置所述对象。在一个实施方案中，所述至少一个治疗元件是药物或生物制剂。在一个实施方案中，所述至少一个治疗元件是对所述对象的心肌组织的区域或对一个或多个内源性心脏神经元的电刺激。

在一个实施方案中，所述方法包含检测内源性心脏神经元的群中的传入神经元的相对量。

在一个实施方案中，所述参考神经签名特定于所述对象。在一个实施方案中，所述参考神经签名基于具有至少一个共同特性的对象群，所述至少一个共同特性选自由以下各项组成的群组：性别、年龄、活动水平、饮食、先天性缺陷、遗传性状和代谢状态。

在一个实施方案中，所述测量的神经签名包括至少一个参数，所述至少一个参数选自由以下各项组成的群组：内源性神经元自然发放速率、心动周期时期期间的活动、神经元之间的时间关系、对机械敏感性输入的响应、对交感神经或副交感神经系统的刺激作用的响应、心脏负荷情况的变化、对心外膜起搏的响应、对化学感受器刺激作用的响应和对疼痛输入的响应。

在一方面，本发明提供一种处置具有病变心肌的对象的方法。所述方法包含识别所述对象的心脏中的病变心肌组织；识别来自所述病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导；以及更改来自所述识别的传入内源性心脏神经元的所述信号传导。

在一个实施方案中，识别来自所述病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导包含比较从传入神经元测量的电信号与所述内源性心脏神经系统的神经签名。

在一个实施方案中，更改来自所述识别的传入内源性心脏神经元的所述信号传导包含将电刺激施加于所述传入内源性心脏神经元。

在一个实施方案中，所述方法在闭环系统中使用于监视和处置所述对象中的缺血性心脏病。

附图简述

本发明的优选实施方案的以下详细描述在结合附图阅读时将被更好地理解。出于例示本发明的目的，图式中示出支持本文所执行的研究的示例性实施方案和实验数据。然而，应理解，本发明不限于图式中所示的实施方案的精确配置和手段。

图1是本发明的示例性方法的流程图。

图2是本发明的另一个示例性方法的流程图。

图3包含图3A至图3K，所述诸图说明心肌梗塞诱导内源性心脏神经元的形态学和表型重塑的一组图像。图3A是示出来自对照与心肌梗塞(MI)动物中的腹部室间神经节丛(VIV GP)的苏木精和曙红(H&E)染色神经元的显微照片。图3B是对照与MI动物中的内源性心脏神经大小分布的直方图。图3C描绘对照与MI动物中的平均IC神经大小。图3D是示出对照与MI动物中以胆碱乙酰转移酶(ChAT)染色的VIV GP的显微照片。ChAT催化乙酰胆碱的合成，并且用来识别公认的胆碱能神经元。图3E描绘对照与MI动物中的ChAT阳性IC神经元的百分比。图3F是示出对照与MI动物中以酪氨酸羟化酶(TH)染色的VIV GP的显微照片。TH在去甲肾上腺素的合成中催化限速步骤，并且用来识别公认的肾上腺能神经元(黑色箭头)。图3G示出对照与MI动物的TH阳性IC神经元的百分比。图3H是示出对照与MI动物中以血管活性肠肽(VIP)染色的VIV GP的显微照片。VIP是心脏功能的重要调制剂和公认的传入神经元的标志。图3I示出对照与MI动物中的VIP阳性神经元的百分比。图3J是具有慢性前尖部(anteroapical)MI的猪心脏的图像。示出VIV GP关于梗塞疤痕(白色虚线疤痕)的位置。图3K示出心脏的对应短轴心脏磁共振图像。白色箭头指示起因于疤痕组织的延迟超增强(hyperenhancement)的区域。所有显微照片中的比例尺为50μm。

图4包含图4A至图4E，所述诸图示出心肌梗塞诱导内源性心脏神经元的差别形态学和神经化学重塑的一组图像。图4A是示出右心房神经节丛(RA GP)、右缘动脉神经节丛(RMA GP)、背面室间神经节丛(DIV GP)，和VIV GP的位置的示意图。RA GP和RMA GP主要分别对右心房和RV施加影响，而DIV GP和VIV GP主要对LV施加影响。图4B是示出在对照与MI动物中研究的来自神经节丛(plexi)的H&E染色神经元的显微照片。图4C示出对照与MI动物中的神经节丛中的平均IC神经大小。图4D是示出对照与MI动物中以VIP染色的神经节丛的显微照片。图4E示出对照与MI动物中的神经节丛中的VIP阳性神经元的百分比。所有显微照片中的比例尺为50μm。

图5包含图5A至图5D，所述诸图与用于内源性心脏神经记录的实验方法有关的一组图像。图5A是示出VIV GP的位置的示意图，神经活动是自所述位置记录。图5B是用来记录VIV GP内所含的多个单独神经元的体内活动16通道线性微电极阵列(LMA)的示意图。图5C是示出自LMA的单个通道识别的两个IC神经元(ICN)的活动的代表性迹线。图5D示出关于心动周期的来自面板5A的IC神经元的基本活动。请注意，两个神经元的活动主要在心脏收缩期间聚集。ECG表示心电图，而LVP表示左心室压力。

图6包含图6A至图6C，所述诸图是关于内源性心脏神经元的分析学和功能分类的一组图像。图6A示出从对照心脏中的5个IC神经元记录的波峰活动。垂直点线指示左心室(LV)心外膜机械刺激的起始和停止。请注意，神经元的亚群示出相对于基线的增加(ICN2)、减少(ICN 3、4和5)，或无活动变化(ICN 1)。诱导的活动变化的显著性水平示出在每一迹线右侧。P值是基于方法中所描述的分析得出。图6B是响应于MI动物中的心血管刺激的IC神经活动的诱发变化的总结。水平行表示单独神经元对于给定刺激(垂直列)的响应。绿色指示活动的显著增加(p<0.05)，而红色指示显著减少(p<0.05)。图6C是描绘于图6B中的IC神经元的功能分类。神经元基于所述神经元对于心血管刺激的响应被分类为传入神经元、传出神经元或会聚神经元。传入神经元界定为仅响应于以下刺激的那些神经元：左心室(RV)或左心室(LV)的心外膜机械刺激；下腔静脉(IVC)的短暂闭塞；和/或胸降主动脉的短暂闭塞。传出神经元界定为仅响应于以下刺激的那些神经元：左颈迷走神经(LCV)或右颈迷走神经(RCV)的电刺激作用；左星状神经节(LSG)或右星状神经节(RSG)的电刺激作用；和/或双侧颈总动脉(BCA)的短暂闭塞。响应于传入输入和传出输入两者的活化的神经元界定为会聚神经元。

图7包含图7A至图7C，所述诸图说明心肌梗塞不诱导内源性心脏神经元的功能或时间特性的总体变化的一组图像。图7A是在对照与MI心脏中识别的IC神经元的基线发放速率的直方图。图7B是对照与MI心脏中的IC神经元的功能分类。图7C示出对照与MI心脏中的IC神经元的心动周期有关的周期性。请注意，神经元的亚群显示舒张相关活度、收缩相关活度、舒张和收缩相关活度，或随机行为。MI不显著地改变神经元的功能或时间特性。卡方检验用来确定群组之间的显著性。

图8包含图8A至图8F，所述诸图说明心肌梗塞诱导内源性心脏神经元的传入和传出重塑的一组图像。图8A示出心外膜机械刺激用来评估IC神经元转导起因于RV或LV的机械敏感性传入输入的能力。图8B示出对照与MI心脏中的接收起因于LV尖部(梗塞区带)与RV和LV(边界和远距离区带)的机械敏感性输入的IC神经元的百分比。图8C示出对照与MI心脏中的响应于短暂IVC或主动脉闭塞的IC神经元的百分比。IVC和主动脉闭塞用来评估神经元分别转导预负荷和后负荷的变化的能力。图8D示出对照与MI心脏中的转导多个传入输入的IC神经元的百分比。图8E示出对照与MI心脏中的如分别通过颈迷走神经刺激作用(VNS)和星状神经节刺激作用(SGS)评估的从副交感神经和/或交感神经节前神经元接收传出输入的IC神经元的百分比。图8F示出对照与MI心脏中的响应于短暂双侧颈动脉闭塞的IC神经元的百分比。双侧颈动脉闭塞用来评估压力反射调制至神经元的传出输入的能力。卡方检验用来确定群组之间的显著性。

图9包含图9A至图9C，所述诸图说明响应于起搏的IC神经元的分析学和功能分类的一组图像。图9A示出从对照动物中的5个IC神经元记录的波峰活动。垂直点线指示右心室流出道(RVOT)处的心外膜起搏的起始和停止。请注意神经元的亚群示出相对于基线的增加、减少或无活动变化。每一神经元的诱导的活动变化的显著性水平示出在迹线右侧。图9B是MI动物中的响应于区域心外膜起搏的IC神经活动的诱发变化的总结，以及对其他心血管刺激的响应。绿色指示活动的显著增加(p<0.05)，而红色指示显著减少(p<0.05)。图9C示出使用图6中概括的方案的描绘于图9B中的起搏-响应性IC神经元的功能分类。

图10包含图10A和图10B，所述诸图说明心肌梗塞更改内源性心脏神经元对起搏的响应和特性的一组图像。图10A示出对照与MI心脏中的响应于右心耳(RAA)、RVOT、RV尖部，或LV尖部处的心外膜起搏的IC神经元的百分比。MI诱导对心室起搏与心房起搏的神经响应的差别减少。图10B示出对照与MI动物中的起搏-响应性IC神经元的功能分类。MI更改对梗塞(LV尖部)和远距离区带(RVOT)两者处的起搏的响应特性。卡方检验用来确定群组之间的显著性。

图11是说明内源性心脏神经元的状态依赖的一组图像。对照与MI动物中的基线(BL)处和响应于RAA、RVOT、RV尖部或LV尖部处的心外膜起搏的IC神经活动。神经元基于响应于起搏的活动的诱发增加与减少被细分。具有低基本活动的神经元通过起搏活化，而具有高基本活动的那些神经元被抑制，从而暗示状态依赖本质。*＝P<0.01。

图12是示出关于诱发应激物的IC神经元的发放特性的表。对照与MI动物中的基线处和响应于心血管刺激的IC神经活动(均值±SE)。神经元基于响应于给定刺激的活动的诱发增加(上面板)与减少(下面板)被细分。

图13包含图13A和图13B，所述诸图说明心肌梗塞模型的一组图像。图13A是使用微栓塞技术的在第三对角分支(白色箭头)的水平处的左前冠状动脉降支动脉的闭塞之前(左面板)和在所述闭塞之后(右面板)的血管造影图像。图13B是在示出ST段抬高的梗塞之前(上面板)和在所述梗塞之后短时间的心电图的导程II。

图14包含图14A至图14D，所述诸图描绘说明心肌梗塞降低内源性心脏神经系统内的功能网络连通性的分析。图14A描绘对照动物中响应于一个刺激(X，x-轴)的IC神经元也响应于另一个刺激(Y，y-轴)的条件概率。图14B是对照动物中的刺激之间的相互依赖相互作用的图形表示。图14C描绘MI动物中响应于一个刺激(X，x-轴)，也响应于另一个刺激(Y，y-轴)的神经元的条件概率。图14D是MI动物中的刺激之间的相互依赖相互作用的图形表示。图14A和图14C中的颜色刻度指示每一出现的概率的水平。图14B和图14D中的箭头粗细与条件概率的强度成比例。仅显示概率≥0.6的链路。传入刺激和传出刺激分别由蓝色和红色表示。心房起搏(A起搏)和心室起搏(V起搏)由黑色表示。

图15包含图15A和图15B，作为心肌梗塞后内源性心脏神经系统的功能重塑的示意性表示。图15A是示出健康情况下的内源性心脏神经系统(ICNS)与心脏之间的神经连接，以及来自心脏神经轴的较高中心的输入的示意图。图15B是示出在MI之后发生的ICNS与心脏之间的神经连接的更改的示意图。与心脏的边界和远距离区域相比，在至会聚局部电路神经元(LCN)的交感神经和副交感神经输入中存在增加，而在来自梗塞的传入输入中存在减少。绿色和红色虚线和连续线分别表示节前纤维和节后纤维。

详细描述

应该理解，本发明的附图和描述已被简化以例示对于清楚理解本发明有关的元件，同时为了清晰起见消除了监视和处置心律失常和心脏功能的典型系统和方法中所见的许多其他元件。本领域普通技术人员可以认识到，在实现本发明时，其他元件和/或步骤是合意的和/或需要其他元件和/或步骤。然而，因为这类元件和步骤是本领域中众所周知的，并且因为它们不利于更好地理解本发明，本文未提供这类元件和步骤的论述。本文公开内容针对本领域技术人员已知的那些元件和方法的所有这类变化和修改。

除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常所理解的相同的意义。尽管类似或等效于本文所描述的那些方法和材料的任何方法和材料可使用于本发明的实践或检验中，但是描述优选方法和材料。

如本文所使用，以下术语中的每一个具有与它在本部分中相关联的意义。

冠词“一”和“一个”在本文中用来指代该冠词的一个或多于一个(即，涉及至少一个)语法对象。例如，“一元件”意味一个元件或多于一个元件。

如本文所使用的“约”在涉及诸如量、持续时间等的可测量值时意味涵盖针对指定值的±20％、±10％、±5％、±1％和±0.1％的变化(当这类变化适当时)。

在整个公开内容中，本发明的不同方面可以按范围方式呈现。应理解，以范围格式的描述仅为了方便和简洁起见，并且不应视为对本发明的范围的不可改变的限制。因此，范围的描述应视为具有具体公开的所有可能子范围以及所述范围内的单独数值。例如，诸如从1到6的范围的描述应视为具有具体公开的子范围诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等，以及所述范围内的单独数字，例如，1、2、2.7、3、4、5、5.3、6和其间的任何完整或部分增量。此在任何宽度范围的条件下均适用。

本文涵盖的是用于通过内源性心脏神经系统测量、监视和处置心律失常和心脏功能的系统和方法。在某些实施方案中，系统和方法比较与健康心肌组织和病变心肌组织两者相关联的内源性心脏神经系统的神经元签名，以识别并且定标信号传导已经受病变心脏组织影响的内源性心脏神经元。因此，将传入神经信号从病变心肌调制到内源性心脏神经系统、胸内心外神经节和心脏神经轴的较高中心表示一种用来减缓缺血性心脏病的新颖治疗方法。ICNS内的传出输入的处理的调制表示一种用来减缓缺血性心脏病的新颖治疗方法。这个调制可在直接路径，即节前神经元到节后神经元中或通过涉及神经节内和神经节间神经相互作用的路径上发生。

在一个示例性实施方案中，本发明包括一种用于测量、调制和/或刺激内源性心脏神经信号传导的系统。系统可包括至少一个可植入或部分可植入传感器，所述至少一个可植入或部分可植入传感器并入用于检测由内源性心脏神经元生成的电信号的多个电极。例如，在一个实施方案中，传感器包含线性微电极阵列(LMA)。在某些实施方案中，LMA包含多个电极。例如，在一个实施方案中，LMA包含16个铂/铱电极。传感器可包括适合于检测一个或多个内源性心脏神经元中的电信号的任何适合类型和大小的电极。示例性电极包括但不限于单柄电极、2D多柄电极、3D多柄电极和多电极阵列。

相同或不同电极可用于将病灶电刺激施加至任何内源性心脏神经元，或施加至心肌组织的任何区域。这些电极可被设计来用于插入对象的内源性心脏神经元或神经节中(或与所述内源性心脏神经元或神经节接触)，以便有效地检测神经元的电活动以用于在连接至电极的传感器控制单元处记录。虽然电极可植入对象中，但是根据需要，控制单元可植入对象中或在对象外部。

在一个实施方案中，传感器可包含一个或多个前置放大器、放大器，或滤波器以处理检测的电信号。这类组件可定位在植入的传感器上，或者放置在外部硬件上。例如，在一个实施方案中，前置放大器提供带有增益控制的低通滤波和高通滤波。在一个实施方案中，滤波范围为300至3KHz，增益高达5K。在某些实施方案中，前置放大器的滤波范围和/或增益为可调整的，以便最优化信噪比。在一个实施方案中，前置放大器和控制设备允许如由心房组织或心室组织所生成的电刺激或电活动有关的输入信号的短暂阻挡。

因此，传感器控制单元可通过本领域中理解的任何方法供电，包括标准电池、用于外部功率传送的标准接线，或者所述传感器控制单元可包括用于无线功率传送的接收器线圈。控制单元可包括微处理器和用于存储控制软件和任何所接收数据和/或处理后数据的任何形式的存储器。控制单元可还包括收发器或与外部处理单元传输和/或接收数据所必需的任何硬件和软件，以用于进一步分析正测量的每一神经元内的所记录活动。外部处理单元可以是一个或多个计算单元，并且可以是或包括任何类型的计算设备，包括桌上型计算机、膝上型计算机、平板、智能电话或其他无线数字/移动电话、手表、电视或如本领域技术人员将理解的其他薄客户端设备。通常，本文所描述的任何计算设备可包括至少一个处理器、标准输入和输出设备，以及通常计算设备上可看到的用于存储数据和运行程序以及用于通过网络发送和接收数据(若需要)的所有硬件和软件。还应了解，所记录数据可被进一步滤波(诸如，用于通过外部处理单元或系统内的其他连接的计算设备根据需要分析和显示数据的放大或任何其他类型的附加处理。

在一个实例中并且无限制地，系统可利用线性微电极阵列(LMA)，诸如由Gaithersburg,MD的MicroProbes生产的那种线性微电极阵列。简要来说，LMA可包括16个铂/铱电极，所述铂/铱电极具有约25μm的直径与约2mm的暴露顶端，和在1kHz下介于0.3到0.5MΩ之间的阻抗。然而，应了解，本发明的系统可使用本领域技术人员所理解的任何传感器/电极组，只要这种电极单元适合于连接至内源性心脏神经元。这些包括但不限于单柄电极、2D柄电极和3D柄电极以及将内源性心脏神经节和其投影重叠至心房和心室组织的平面电极。

在某些实施方案中，本发明的系统包含用以刺激传入内源性心脏神经元的一个或多个组件。例如，在一个实施方案中，系统包含适合于将机械力输送到心肌组织的组件，包括但不限于钝性物体(例如，导管、电极、针、棒等)或可输送到组织的流体(液体或气体)。在一个实施方案中，一个或多个组件用来病灶性地注射化学品以改变传入神经元上的活动。在一个实施方案中，系统包含用以改变预负荷或后负荷的一个或多个组件。在某些实施方案中，系统包含用以将电信号施加至交感神经或副交感神经系统的一个或多个刺激电极，所述一个或多个刺激电极用来刺激传出内源性心脏神经元。示例性电极包括袖口状电极、针电极等。在一个实施方案中，系统包含适合于在一个或多个心外膜部位处施加心脏电刺激的一个或多个起搏电极。

系统可进一步包括具有图形用户界面(GUI)的软件平台，以用于调制一个或多个传感器的功能和用于显示关于测量的内源性心脏神经元的历史或实时电活动以及对象的心脏功能的历史或实时测量的信息。在某些实施方案中，往返于传感器控制单元和外部处理单元的无线通信信息传送可经由广域网络，并且可形成本领域普通技术人员所理解的用于数据到附加计算设备的通信的任何适合的联网系统的部分，诸如，例如开放式广域网络(例如，因特网)、电子网络、光网络、无线网络、物理安全网络或虚拟专用网络，和其任何组合。这种扩展网络还可包括任何中间节点，诸如网关、路由器、桥接器、因特网服务提供商网络、公用交换电话网络、代理服务器、防火墙等，使得网络可适合于信息项和其他数据在系统内的传输。

如本领域技术人员将理解，外部处理单元可通过例如无线调制解调器、无线路由器、无线桥接器等无线地连接至扩展网络。另外，系统的软件平台可利用任何常规操作平台或平台(Windows、Mac OS、Unix、Linux、Android等)的组合，并且可利用如本领域技术人员将理解的任何常规联网和通信软件。

为保护数据，可使用加密标准来保护文件以免遭网络上的非授权截听。如可由本领域普通技术人员理解的，任何加密标准或认证方法可用于本发明的系统中的任何点处。例如，加密可通过使用具有双密钥加密的安全套接字层(SSL)加密输出文件来实现。另外，系统可限制数据操纵或信息存取。存取或使用限制可被实现来用于任何水平的用户。这种限制可包括例如允许使用本发明的用户名和密码的分配，或允许辅助用户察看或操纵的一个或多个数据类型的选择。

在某些实施方案中，网络提供从传感器控制单元到外部处理单元的遥测数据传送，反之亦然。例如，数据传送可通过任何无线通信进行，并且可包括任何基于无线的技术，包括但不限于无线电信号、近场通信系统、极超音速信号、红外系统、蜂窝信号、GSM等。在一些实施方案中，数据传送在不使用特定网络的情况下进行。实情为，在某些实施方案中，数据直接通过以上所描述的系统往返于传感器控制单元和外部处理单元传送。

软件可包括软件框架或架构，所述软件框架或架构最优化至少一个现有软件平台的使用的简易性，并且还可以扩展至少一个现有软件平台的性能。软件提供一个或多个用户(例如患者、临床医生等)可访问以执行一个或多个功能的应用程序。这类应用程序可在与用户相同的位置处可用，或可在远离用户的位置处可用。每一应用程序可以提供图形用户界面(GUI)以使用户与驻留在系统中的信息轻松交互。本发明的示例性GUI可包括用户控制传感器的功能或模式的能力，以及显示单独内源性心脏神经元活动、神经元活动或如本领域技术人员将理解的一般心脏功能的合并数据的能力。这类数据可包括网络功能的指数，包括但不限于神经活动相互的时间关系、与心脏电事件或机械事件的时间关系、与包括起搏、机械应激物或化学应激物的受控事件的时间关系。GUI可特定于用户、用户组或用户类型，或可对于所有用户或用户的选定的子集相同。系统软件还可以提供主机GUI组，所述主机GUI组允许用户选择一个或多个其他应用程序的GUI或与所述GUI相互作用，或所述主机GUI组允许用户同时存取通过系统的任何部分以其他方式可利用的各种信息。通过软件的数据呈现可呈任何种类和数目的可选择格式。例如，可以使用多层格式，其中附加信息为通过依次察看较低层的所呈现信息可利用的。可使这类层为通过使用下拉菜单、选项卡文件夹文件或本领域技术人员理解的其他分层技术可利用的。

软件可还包括标准报告机构，诸如生成可印刷结果报告，或可传输到任何通信连接的计算设备的电子结果报告，诸如生成的电子邮件消息、文本或文件附件。同样地，上述系统的特定结果可触发器警报信号，诸如警报电子邮件、文本或电话的生成，以警告患者、医生、护士、急救医疗技术人员或特定结果的其他卫生保健提供者。

使用本文所描述的系统，本发明进一步包括用于确定内源性心脏神经系统内的内源性心脏神经元信号活动的方法，以及处置对象中的心律失常和心脏功能的方法。

如本文所说明，内源性心脏神经系统的内源性心脏神经元可针对信号活动单独地和/或共同地监视，以到达指示健康心肌组织、病变心肌组织的神经签名，或神经签名可指示折衷状态，其中对象面临心律失常、心肌缺血或心脏功能整体下降的风险。

在一个示例性实施方案中，神经签名可充当基线或参考签名，意味神经签名表示健康状态的分布，以用于与对象检查时取得或测量的后续神经签名比较。基线或参考神经签名可特定于患者，或者所述基线或参考神经签名可为表示用于共同具有至少一个特性的对象的平均值的集合或合并数据。示例性特性可包括患者性别、年龄、活动水平、饮食、先天缺陷、遗传性状、代谢状态等。在某些实施方案中，基线或参考神经签名是相对于一个或多个心血管应激物界定，包括但不限于运动、直立性应力、温度、瓦尔萨尔瓦动作(Valsalvamaneuver)，和呼吸量测定法检验。在建立表示健康状态的基线或参考神经签名之后，取得内源性心脏神经活动的后续测量以建立实时神经签名以供与基线或参考比较，使得可进行关于对象是否需要处置的确定。

如本文所设想，神经签名可包括一个或多个参数，包括但不限于与以下各项有关的参数：内源性神经元自然发放速率、心动周期时期期间的活动、神经元之间的时间关系、对机械敏感性输入的响应、心脏负荷情况的变化、对心外膜起搏、化学感受器和疼痛输入的响应。对于每一参数，可建立指示需要处置，或需要特定类型的处置的对象的临界值。在某些实施方案中，超过仅一个临界值可确定对处置和/或处置的类型的需要，而在其他实施方案中，可超过多个临界值以便确定对处置，或特定类型的处置的需要。在另外的其他实施方案中，评分算法可用来确定神经签名比较的差异是否说明对处置，或特定类型的处置的需要。在某些实施方案中，评分包括单独或分组活动的变化、这种活动的变化的方向性和两个或更多个神经元之间的时间关系。

方法可用来诊断心脏情况，评估心脏情况的恢复，评估心脏情况的治疗效力，确定未来心脏事件的可能性，或确定先前心脏事件已发生。

通过目前描述的方法检测或监视的示范性心脏情况或事件包括但不限于缺血性心脏病、心肌梗塞、早发心室收缩、心律失常、降低射血心力衰竭、保留射血心力衰竭等。

内源性心脏神经系统的神经元签名可通过测量一个或多个内源性心脏神经元中的一个或多个参数来评估。通过所述方法评估的一个或多个内源性心脏神经元可具有腹部室间神经节丛(VIV GP)、背面室间神经节丛(DIV GP)、右缘动脉神经节丛、右心房神经节丛，或内源性心脏神经系统的任何其他神经元结构。

在某些实施方案中，所述方法包含确定传入神经元、传出神经元或会聚神经元的内源性心脏神经元的数目或百分比。例如，本文说明，心肌梗塞诱导显著地降低来自梗塞区域的传入输入的相对量而维持来自邻近或远距离心脏区域的传入输入的内源性心脏神经系统的重塑。这个边界情况体现在心脏病的神经签名的实施方案上。

在某些实施方案中，传入神经元的数目或百分比可通过确定哪些神经元转导对心肌组织的机械刺激的响应、预负荷的变化(即，通过短暂IVC闭塞)，或后负荷变化(即，通过降主动脉的短暂闭塞)来评估。在某些实施方案中，所述方法包含识别哪些神经元转导对不同位置处的机械刺激的响应，例如梗塞区域、边界区带和远距离区域中的刺激。机械刺激可通过将力施加至心肌组织来生成，所述机械刺激可通过钝性物体(即，电极、针或导管)或通过液体或气体在组织上的流动生成。在某些实施方案中，传入神经元的数目或百分比可通过确定哪些神经元转导接近于所记录神经元的感觉域输送的化学刺激来评估。例如，适合的化学品可通过导管或针输送到心肌组织或内源性心脏神经节的病灶区。

在某些实施方案中，传出神经元的数目或百分比可通过确定哪些神经元转导输送到上游副交感神经或交感神经输入的电刺激来确定，所述电刺激包括但不限于对迷走神经、星状神经节或纵隔神经节的刺激。输送的刺激可具有已知由典型传出内源性心脏神经元转导的任何强度、频率或持续时间。

在一个实施方案中，内源性心脏神经元的活动可在静止时或响应于与心肌梗塞相关联时的心血管应激物而增加。在一个实施方案中，内源性心脏神经元的活动可在静止时或响应于与心肌梗塞相关联时的心血管应激物而减少。在另一实施方案中，活动可在内源性心脏神经元的子集中增加，可在内源性心脏神经元的子集中减少，并且在内源性心脏神经元的子集中保持不变。这些变化反映正记录的神经元的类型(传入神经元、传出神经元或会聚神经元)、强加的应激物的特性(例如机械的、化学的、疼痛的)，和心脏病中的神经/肌细胞重塑的结构/功能。

在一个实施方案中，内源性心脏神经元与心动周期的时间关系可随心肌梗塞而改变。这可包括活动在时间上与心脏舒张(心脏松弛)、心脏收缩(射血期)和等容量收缩和松弛有关的那些神经元。

在一个实施方案中，一个内源性心脏神经元与另一个的时间关系可随心肌梗塞而改变。这个时间关系可包括一个功能类(例如传入有关的)上的内源性心脏神经元，或可跨类扩展(传入到传出、传入到会聚、传出到传入和传出到会聚)。

例如，在一个实施方案中，内源性神经元的自然发放速率可表现出与心肌病变组织相关联时的至少5％的降低。在其他实施方案中，内源性神经元的自然发放速率可表现出与心肌病变组织相关联时的不同程度的变化，例如至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％和甚至至少35％或更多的降低。在一个实施方案中，心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在心脏舒张有关的活动期间的至少5％的降低。在其它实施方案中，心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在心脏舒张有关的活动期间的至少10％、至少15％或甚至至少20％或更多的降低。在另一个实施方案中，在心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在心脏收缩有关的活动期间的至少5％的增加。在其他实施方案中，在心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在心脏收缩有关的活动期间的至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％或甚至至少50％或更多的增加。在另一个实施方案中，在心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在双重心脏舒张和心脏收缩有关的活动中的至少5％的降低。在其他实施方案中，在心动周期时期期间的内源性神经元活动可表现出与心肌病变组织相关联时的在双重心脏舒张和心脏收缩有关的活动中的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％，或甚至至少50％或更多的降低。

在一个实施方案中，对内源性神经元的机械敏感性输入的响应可表现出与心肌病变组织相关联时的至少5％的降低。在其他实施方案中，对内源性神经元的机械敏感性输入的响应可表现出与心肌病变组织相关联时的至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％和甚至至少50％或更多的降低。

在另一个实施方案中，内源性神经元转导心脏负荷情况的变化的能力可包括与心肌病变组织相关联时的对预负荷情况的减少的神经响应至少5％的降低。在其它实施方案中，内源性神经元转导心脏负荷情况的变化的能力可包括与心肌病变组织相关联时的对预负荷情况的减少的神经响应至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％和甚至至少35％或更多的下降。

在另一个实施方案中，内源性神经元对心外膜起搏的响应可包括与心肌病变组织相关联的起搏-响应性会聚神经元的上调。在又一个实施方案中，内源性神经元对心外膜起搏的响应可包括与心肌病变组织相关联的起搏-响应性传入神经元的下调。

因此，并且如图1中所示，例示本发明的示例性方法100。首先，在步骤110处，测量来自至少一个内源性心脏神经元的多个电信号。接下来，在步骤120处，比较测量的信号与内源性心脏神经系统的参考神经签名。在步骤130处，确定测量的信号与神经签名之间的差异是否超过临界值。然后，在步骤140处，如果超过临界值，则以至少一个治疗元件处置对象。在某些实施方案中，处置可为药物、化合物或其他化学或生物材料的配给，而在其他实施方案中，处置可为对心脏的一个或多个区域的电刺激的配给，包括任何心肌组织或与所述任何心肌组织相关联的任何内源性神经元。在某些实施方案中，可对心外联结点实施处置，所述心外联结点包括但不限于胸内神经节、迷走内脏神经大神经和脊髓。

在另一个示例性方法中，如图2中所示，方法200可用于处置先前确定具有病变心肌区域的对象。例如，在步骤210处，在对象的心脏中识别到心肌组织的病变区域。在步骤220处，识别到来自病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导，并且在步骤230处，更改来自识别的传入内源性心脏神经元的信号传导。更改传入神经元的实例包括但不限于电刺激的施加、药物、化合物或其他化学或生物材料的配给。应了解，识别来自病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导的过程可包括比较自传入神经元测量的电信号与内源性心脏神经系统的神经签名的过程，如本文在别处所描述。

实验实例

现在参考以下实例描述本发明。这些实例提供来仅用于例示的目的，并且本发明不限于这些实例，而是涵盖由于本文提供的教导的而显而易见的所有变化。

实例1：心肌梗塞改变心脏神经签名并且诱导神经重塑

本文所呈现的实验是被设计来检验ICNS内的形态学和表型重塑并且直接评估传入输入和传出输入(交感神经和副交感神经)的ICNS处理的重塑，和所述传入输入和传出输入通过LCN的整合。还研究了心脏起博的效应。起搏与从机械论观点来理解以下原因直接相关，有关最小化患者借助设备的心室起搏的策略已在临床试验中表现出对缺血性心脏病患者的存活有益。

本文说明，MI诱导ICNS内的形态学和神经化学变化。这个结构重塑这个神经网络中传入神经信号和传出神经信号的处理的功能改变并行。与会聚神经元的重塑组合的传入神经信号的多相性可能表示负责心律失常和向心力衰竭发展的反射ANS激活的器官水平神经病理生理学。与缺血性心脏病相关联的不利神经签名的表征可帮助监视疾病和治疗的效力以定标ANS并且减缓心脏病的发展。

本文呈现的研究表征猪模型(对照(n＝16)与愈合前尖部MI(n＝16))中的ICNS MI后的结构和功能重塑。从内源性心脏神经元记录基本活动的体内微电极记录，以及对传入和传出刺激的响应。来自对照的118个神经元和来自MI动物的102个神经元在功能上分类为传入、传出或会聚(接收传入输入和传出输入两者)。在对照和MI中，会聚神经元表示最大的亚群(分别47％和48％)，并且在MI之后具有增强的转导能力。MI后维持传到神经元的传出输入。传入输入从梗塞区域衰减(对照中19％与MI中7％；P＝0.03)，从而产生“神经感觉边界区带”，或传入信息中的多相性。MI降低预负荷的变化的转导(对照中54％与MI中41％；P＝0.05)。ICNS内总体功能网络连通性，或神经元响应独立刺激对的能力在MI之后降低。神经元响应在MI后有差别地减少到心室起搏与心房起搏(到心室起搏的对照中63％与MI中44％；P<0.01)。MI诱导ICNS内的形态学和表型变化。传入神经信号的更改和会聚神经元的重塑表示局部缺血心脏病的“神经签名”。

动物

在实例1中使用具有正常心脏的约克夏猪(n＝16；8头雄性和8头雌性；49±3kg)和具有愈合前尖部MI的约克夏猪(n＝16；6头雄性和10头雌性；46±2kg)。

心肌梗塞的产生

动物以特拉唑尔(telazol)[8mg/kg,i.m.]镇静，进行插管并通风。全身麻醉由异氟烷[1-2％,i.n.]组成。监视12导程心电图(ECG)和动脉血压。获得左股骨动脉通道并且在荧光镜检查下将安普莱茨型(Amplatz-type)的导管引导至左主冠状动脉中。然后推进3mm血管成形术球囊导管，并在起因于左前冠状动脉降支(LAD)动脉的第三对角冠状动脉处膨胀。在球囊膨胀之后三十秒，将含有一毫升聚苯乙烯微球(Polysciences公司，Polybead 90μm直径，Warrington,PA,USA)的五毫升盐水悬浮液自远侧注射到那个动脉中。动脉的闭塞通过对比血管造影可视化，并且急性MI通过ECG的导程II或III中的ST段抬高的存在确认(图13)。

心肌梗塞后实验方案

愈合MI动物在MI后研究42±2天。MI和年龄匹配的对照动物以特拉唑尔[8mg/kg,i.m.]镇静，进行插管并通风。全身麻醉以异氟烷[1-2％,i.n.]维持。麻醉的深度通过血液动力学指数、颌音调和足部退缩反射监视；麻醉根据需要进行调整。获得右股骨静脉通道以用于补液，并且获得右股骨动脉通道以用于监视动脉血压。执行正中胸骨切开术以暴露心脏，以及星状神经节、IVC和胸降主动脉。执行颈部的侧向腹侧切开以暴露颈迷走神经和颈动脉。将圈套堵塞器放置在脉管(IVC、主动脉和颈动脉)周围，并且将刺激电极放置在(迷走神经)自主传出神经结构周围或放置到(星状神经节)主传出神经结构中。在手术完成之后，将全身麻醉改变成α-氯醛糖[50mg/kg,i.v.大丸药与连续输注10mg/kg/hr,i.v.]。对体温进行监视并且通过加热片维持。每小时评估酸碱状态；调整呼吸速率和潮气量并且根据需要输注碳酸氢盐以维持血液气体体内平衡。在实验完成时，使用戊巴比妥钠(100mg/kg,i.v.)继之以氯化钾(150mg kg^-1,i.v.)来在深度麻醉下对动物人道地实施安乐死，以使心脏停止。

记录内源性心脏神经活动

线性微电极阵列(LMA)(MicroProbes,Gaithersburg,MD,USA)用来记录由VIV GP中的神经元生成的体内活动。LMA由16个铂/铱电极(具有2mm的暴露顶端；在1kHz下具有0.3-0.5MΩ阻抗的25μm直径的电极)组成(图5B)。将电极包埋在VIV GP中，所述VIV GP位于来自左主冠状动脉的LAD的起端附近(图3J和图5A)。LMA附接至柔性电缆，借此允许所述LMA为半浮式。电极丝以及接地和参考电极连接至具有前级探头(headstage)前置放大器的16通道微电极放大器(A-M Systems公司，Model 3600,Carlsborg,WA,USA)。对于每一通道，滤波器被设定为300Hz至3kHz，增益高达5,000。电极被缝合到右心房心肌以提供参考右心房电描记图(RAE)。神经波形、心电图、RAE和血液动力学数据被输入到数据获取系统(Cambridge Electronic Design,Power1401,Cambridge,UK)。使用软件Spike2(CambridgeElectronic Design)离线地分析数据，如先前所描述(Beaumont等人，2013,The Journalof physiology.；591(Pt 18):4515-33)。

左心室血液动力学评估

压力导管(Millar Instruments,Mikro-Tip,Houston,TX,USA)经由左股动脉放置到LV腔室中，并且连接至控制单元(Millar Instruments,PCU 2000)。LV心脏收缩功能通过收缩末期压力和压力变化的最大速率(dP/dt最大值)来评估。LV心脏舒张功能通过舒张末期压力和腔室压力变化的最小速率(dP/dt最小值)来评估。

传入神经输入评估

为确定IC神经元转导机械感觉传入输入的能力，在以下四个部位处施加心外膜机械刺激(轻柔触碰)达10秒：RVOT、RV尖部、LV中前壁和LV尖部。然后使用圈套堵塞器执行IVC和主动脉的短暂(30秒)闭塞，以便确定IC神经元分别转导预负荷和后负荷中的急性变化的能力。

传出神经输入评估

为确定哪些IC神经元接收副交感神经和交感神经传出节前输入，将双极螺线袖口状电极(Cyberonics公司，PerenniaFlex Model 304,Houston,TX,USA)放置在颈迷走神经周围，并且将双极针电极双边地插入星状神经节中。具有隔离单元的刺激物(GrassTechnologies,S88和PSIU6,Warwick,RI,USA)用来调制到IC神经元的传出输入。对于每一迷走神经，临界值界定为诱发心率或BP的10％降低所必需的电流(20Hz频率，1ms脉冲宽度)。对于每一星状神经节，临界值界定为诱发心率或BP的10％提高所必需的电流(4Hz频率，4ms脉冲宽度)。然后每一迷走神经和星状神经节在1.2倍临界值的电流下和1Hz的频率下单独地经受刺激达1分钟。进行此举以便独立于心脏功能的任何变化评估至ICNS的直接输入。然后使用圈套堵塞器执行双侧颈动脉(尾侧到颈动脉窦)的短暂(1分钟)闭塞，以确定颈动脉压力反射调制到IC神经元的传出输入的能力。

心外膜起搏

为确定IC神经元响应心脏电刺激作用的能力，将双极起搏电极(St.Jude,St.Paul,MN,USA)放置在各种心外膜部位处，并且在超过基线心率10％处执行起搏(6mA电流；2ms脉冲宽度)持续10个捕获脉搏。使以下四个部位起搏：1)右心耳、2)RV流出道、3)RV尖部和4)LV尖部。

心室快速性心律失常可诱导性

在对照(n＝8)和愈合前尖部MI动物(n＝8)的独立组中，在两个不同周期长度(600ms和400ms)处以来自两个不同部位(RV尖部和LV前壁心外膜)的高达三个附加刺激(最小值为200ms)通过编程的心室刺激作用(EPS320；Micropace,Canterbury,New SouthWales,Australia)评估心室快速性心律失常(VT)可诱导性。

组织处理

在IC神经记录完成之后，处死动物并且立即切取心脏。移除含有VIV GP、背面室间神经节丛(DIV GP)、右缘动脉神经节丛(RMA GP)和右心房神经节丛(RA GP)的脂肪垫，在冷(4℃)盐水中漂洗，并且传送到冷10％磷酸盐缓冲的福尔马林(Fisher Scientific,Pittsburgh,PA,USA)达四天。之后，将组织传送到70％乙醇(Sigma-Aldrich,St Louis,MO,USA)并以石蜡包埋3天。从石蜡块切割4μm厚的区段。

组织学染色

使用计算机化形态测量分析(Aperio ImageScope,Leica Biosystems,BuffaloGrove,IL,USA)根据苏木精和曙红(H&E)染色区段(Fisher Scientific,PROTOCOL,Pittsburgh,PA,USA)确定IC神经元大小。

免疫组织化学染色

IC神经元肾上腺素能表型通过酪氨酸羟化酶(TH)免疫反应性量化(1:2000稀释，Abcam,#ab112,Cambridge,MA,USA)；神经元胆碱能表型通过ChAT免疫反应性量化(1:200稀释，Millipore,AB144-P,Billerica,MA,USA)；并且血管活性肠肽(VIP)免疫反应性通过抗VIP Ab量化(ImmunoStar,Catalog#20077,Hudson,WI,USA)。以Dako EnVision+System–HRP标记的聚合体抗兔(HRP Labeled Polymer Anti-Rabbit)(Dako North America公司，K4003,Carpinetria,CA,USA)以1:500针对TH和VIP，并且以多克隆兔抗山羊免疫球蛋白/生物素化(Polyclonal Rabbit Anti-Goat Immunoglobulins/Biotinylated)(Dako,E0466)针对ChAT执行二次检测。根据用于所有染色的制造商推荐方案通过二氨基联苯胺(LifeTechnologies,Green Island,NY,USA)检测二次免疫反应性。然后数字地扫描幻灯片并且对电子图像执行分析。以20-40X放大倍数使用计算机化的图像分析(Aperio ImageScope)量化存在于幻灯片中的所有神经元。以盲检方式执行群组的染色和量化。

数据分析：多单元内源性心脏神经活动的信号处理

使用离线分析执行假象移除和IC神经元识别(图5C)。简要地，所记录的IC神经元活动受起因于邻近的心房和心室心肌的活动的内生电假象，并且受起因于自主传出神经的刺激作用的外生电假象污染。在LMA的3个以上相邻通道中显示类似波形的同时发生的活动也视为假象。在识别之后，通过消隐(blanking)移除所有通道的假象。这个过程导致总信号的3％的最大损失。在假象移除之后，使用波形形状的主成分分析排序单独单元(Beaumont等人，2013,The Journal of physiology.；591(Pt 18):4515-33)。

数据分析：监视单独内源性心脏神经元的活动

对于心外膜机械刺激和自主传出神经刺激作用，在刺激之前(基线)与在刺激期间，将IC神经元活动比较一分钟。对于脉管闭塞和起搏，在基线处与在刺激期间，并且在基线处与刺激之后一分钟(恢复)，比较IC神经活动。在每一刺激之后，花费至少五分钟的等候时期以供IC神经活动和血液动力在继续进行之前返回到基线水平。IC神经元基于所述IC神经元对心血管刺激的响应特性在功能上分类为传入IC神经元、传出IC神经元或会聚神经元(图6B和图6C)。传入IC神经元界定为仅响应于心外膜机械刺激和/或IVC或主动脉的闭塞的那些IC神经元。传出IC神经元界定为仅响应于自主传出神经(迷走神经或星状神经节)的刺激作用和/或双侧颈动脉的闭塞的那些IC神经元。响应于传入输入和传出输入两者的活化的IC神经元界定为会聚IC神经元。(Beaumont等人，2013,The Journal of physiology.；591(Pt18):4515-33)。

数据分析：条件概率

条件概率分析用来确定响应于一个刺激的IC神经元是否也响应于另一个刺激，如先前所描述(Beaumont等人，2013,The Journal of physiology.；591(Pt 18):4515-33)。用于刺激X与刺激Y之间的功能关系的可能性在于每一动物中识别的神经元内被量化为响应于刺激Y的神经元也响应于刺激X的条件概率。条件概率(概率：响应于Y|响应于X)被估计为响应于刺激X和刺激Y两者的神经元的数目除以响应于刺激X的神经元的数目。

统计量

使用基于Skellam分布针对皮层神经元开发的统计检验评估基线与刺激/恢复间隔之间的每一IC神经元的发放速率的变化的显著性水平。卡方检验用来比较MI与对照动物中的IC神经响应。Wilcoxon带符号的秩检验或Mann-Whitney U检验用来比较MI与对照动物中的IC神经发放频率、静止血液动力学指数，以及IC神经元的形态学和表型变化。数据呈现为均值±标准差。小于0.05的p值视为统计上显著的。使用SigmaPlot 12.0执行统计分析(Systat Software公司，San Jose,CA,USA)。

结果

愈合前尖部MI动物处于慢性补偿状态并且并非处于明显心力衰竭，如通过静止血液动力学指数中缺乏变化证明，所述静止血液动力学指数诸如左心室(LV)舒张末期压力(MI中3±1mmHg与对照中4±1mmHg(p＝0.59))，和LV dP/dt最大值(MI中1436±112mmHg/s与对照中1426±151mmHg/s(p＝1.00))。图3J至图3K例示通过微栓塞技术诱导的疤痕形成的典型模式。

心肌梗塞诱导内源性心脏神经放大和表型变化

来自腹部室间神经节丛(VIV GP)的神经元针对大小、肾上腺素能胆碱能表型，和血管活性肠肽(VIP)表型经受组织学和免疫组织化学分析，以便评估由MI诱导的形态学和神经化学变化。VIP是心脏功能的调制剂和可能传入标志。来自MI动物的VIV GP神经元大于来自对照的那些VIV GP神经元(分别946±23μm²与755±22μm²；p<0.01)(图3A至图3C)。图3B示出来自MI和对照动物的神经大小分布的直方图。神经元放大在将优先影响施加于心室上的VIV GP、背面室间神经节丛，和右缘动脉神经节丛中被观察，但是在将优先影响施加于心房上的右心房神经节丛中未被观察(图4A至图4C)。

在与对照相比的MI动物中，在表达胆碱乙酰转移酶(ChAT)的IC神经元的百分比中存在显著减少(分别87±2％与91±2％；p＝0.04)(图3D至图3E)。相反，在相对于对照动物的MI中，在酪氨酸羟化酶(TH)表达中不存在差异(分别3±1％与2±1％；p＝0.15)(图3F至图3G)。VIP表达在MI与对照动物中增加(分别66±2％与37±3％；p<0.01)(图3H至图3I)。VIP表达在所研究的所有其他神经节丛(GP)中也显著地增加(图4D和图4E)。

心肌梗塞后内源性心脏神经元的功能表征

使用线性微电极阵列(LMA)在对照和MI动物中记录来自VIV GP的神经元的体内活动，以便评估由MI诱导的神经响应特性的功能变化(图5和图6)。在8头对照动物中，研究由来自VIV GP的118个IC神经元生成的活动(平均值：每头动物15±3个神经元)(图7A，左面板)。在8头MI动物中，研究由102个神经元生成的活动(平均值：每头动物10±2个神经元)(图7A，右面板)。神经元的自然发放速率得自来自基线间隔的合并数据。来自对照动物的神经元的平均自然发放速率是0.31Hz(范围：0到4.42Hz)，而来自MI动物的那些神经元的平均值是0.21Hz(范围：0到1.59Hz)。在两个状态下分布总体类似，在1Hz以下具有多于90％的神经元发放。

基于他们对心血管刺激的响应特性，IC神经元在功能上分类为传入IC神经元、传出IC神经元或会聚IC神经元(图6B、图6C，和图7B)。在对照和MI动物中，会聚神经元表示最大的亚群(分别47％与48％)，接着是较少的传入(分别27％与18％)和传出(分别13％与15％)神经元(图7B)。对照动物中13％的神经元和MI动物中的20％不响应任何刺激。在任一状态下总体分类中不存在差异(p＝0.26)。

将IC神经元的活动与心动周期进行比较以便确定所述IC神经元是否展现心动周期有关的周期性(图5D和图7C)。基于活动直方图，在基线处生成至少100个动作可能性的神经元在所述神经元的活动中30％以上在给定时期期间发生的情况下被分类为与心动周期的特定时期有关。针对心脏有关的周期性分析满足这个准则的对照动物中的46个神经元(39％)和MI动物中的30个神经元(29％)(图7C)。在对照动物中，神经元中的52％显示心脏舒张有关的活度，28％显示心脏收缩有关的活动，17％显示双重心脏舒张和心脏收缩有关的活动，并且2％显示随机行为。相反，在MI动物中，神经元中的43％显示心脏舒张有关的活度，50％显示心脏收缩有关的活动，3％显示双重心脏舒张和心脏收缩有关的活动，并且3％显示随机行为。

心肌梗塞后内源性心脏神经元的传入重塑

MI有差别地影响IC神经元转导起因于心脏的梗塞与边界和远距离区带的机械敏感性传入输入的能力，如通过将机械刺激施加至覆盖这些区域的心肌组织来评估(图8A至图8B)。MI动物中对起因于边界和远距离区带(RVOT、右心室(RV)尖部，和LV中前壁)的机械敏感性输入的活化的神经响应类似于对照中的那个神经响应(MI中34％与对照中24％；p＝0.12)。相反，从VIV GP记录的较少神经元在MI之后响应于起因于梗塞区带(LV尖部)的机械敏感性输入的活化(MI中7％与对照中19％；p＝0.03)。

IC神经元转导心脏负荷情况的变化的能力也在MI之后受影响(图8C)。在MI动物中，减弱对由短暂下腔静脉(IVC)闭塞诱导的预负荷的减少的神经响应(MI中41％与对照中54％；p＝0.05)。在对由降主动脉的短暂闭塞诱导的后负荷的增加的神经响应不存在差异(MI中47％与对照中35％；p＝0.13)。MI同样不改变神经元转导多峰传入神经信号的总体能力(图8D；接收1个、2个或大于3个传入输入的两个状态下的神经元的类似百分比(p＝0.84))。这些传入输入包括心外膜机械刺激和IVC和主动脉的短暂闭塞。

心肌梗塞后内源性心脏神经元的传出重塑

MI不影响IC神经元单独地转导副交感神经和交感神经传出输入的能力，如分别通过颈迷走神经和星状神经节的低频率刺激作用评估(图8E)。以低频率进行这些自主传出神经的刺激作用来评估到ICNS的直接传出输入，而非起因于心脏功能的变化的间接响应。在与对照相比的MI动物中，从左颈迷走神经(LCV)或右颈迷走神经(RCV)接收输入的神经元的百分比不存在差异(分别35％与27％；p＝0.23)。关于从左星状神经节(LSG)或右星状神经节(RSG)接收输入的神经元的百分比观察类似模式(MI中41％与对照中31％；p＝0.12)。有趣地，在相对于对照的MI动物中，在从ANS的交感神经和副交感神经划分两者接收传出输入的神经元的百分比存在增加(分别21％与10％；p＝0.03)。接收交感神经和副交感神经输入两者的这些神经元中的90％在对照(11个神经元中的10个)和MI(21个神经元中的19个)动物中也响应于一个或多个传入输入的活化。因而，这些神经元被分类为会聚神经元。

为评估MI对到IC神经元的传出输入的压力反射调制的效应，从尾侧到颈动脉窦闭塞双侧颈动脉(图8F)。在任一状态下，响应于颈动脉闭塞的神经元的百分比不存在差异(MI中34％与对照中32％；p＝0.77)。

心肌梗塞诱导对起搏的内源性心脏神经响应的变化

MI有差别地影响IC神经元对心外膜起搏的响应(图9A和图10A)。而对右心耳(RAA)起搏(在心室夺获的情况下)的神经元响应不改变(MI中31％与对照中36％；P＝0.46)，对心室起搏的响应降低(MI中44％与对照中63％；P<0.01)。响应于起搏的神经元在功能上分类为传入神经元、传出神经元或会聚神经元(图9A、图9B和图10B)。从右心室流出道(RVOT)(远距离区带)和LV尖部(梗塞)处的起搏诱发的神经元响应在MI后受到最严重的影响(p＝0.05)。这个改变主要反映为起搏响应会聚神经元的上调和起搏-响应性传入神经元中的对应下调。也值得注意的是，在对照动物中评估的所有部位和MI动物中的大多数部位中，起搏使神经元的唯一亚群参与(图10B)，所述神经元仅响应于起搏并且不响应于其他传入刺激或传出刺激中的一个。

内源性心脏神经元的状态依赖：对诱发响应的影响

基本活动影响对后续心血管刺激的IC神经响应，包括起搏(图11和图12)。在对照和MI动物两者中，具有低基本活动的神经元倾向于通过起搏活化(p<0.01)。相反地，具有高基本活动的神经元倾向于通过起搏抑制(p<0.01)。这些结果指示这类神经元的依赖状态的性质。

对心肌梗塞后刺激的内源性心脏神经元响应的互相依赖

在对照和MI动物两者中确定对传入刺激和传出刺激，以及起搏的IC神经元响应之间的关系。响应于一个刺激的神经元是否也响应于另一个刺激的条件概率以矩阵格式表示(图14A和图14C)。这些数据也以图形形式描绘为网络，并且仅显示条件概率≥0.6的链路(图14B和图14D)。这些关系反映由独立刺激对诱导的VIV GP神经元群之中的协调行为。MI降低ICNS内的总体功能网络连通性。

目前研究表征ICNS内的神经元件在MI的演进期间的体内结构和功能重塑。ICNS的神经网络功能在VIV GP、主要与心室功能的对照相关联的结点中被评估。在这项研究中存在若干重大发现。首先，IC神经元在MI后有差别地放大并经历表型变化。损伤部位确定哪些神经节重塑。第二，从梗塞区域到IC神经元的传入神经信号传导衰减，而来自边界和远距离区域的那些信号传导在MI后保留，从而产生“神经边界区带”，或来自损伤与邻近未损伤心肌组织的传入信息的多相性(图15)。传入神经信号中的更改也通过IC神经元转导预负荷的变化的降低的能力显现。第三，在MI后维持到ICNS的自主传出输入(图15)。第四，那些接收传入输入和传出输入两者的会聚IC LCN在MI之后具有增强的转导能力(图15)。第五，ICNS内的功能网络连通性在MI后降低。最后，MI减少响应并且改变IC神经元对于心室起搏的特性。

对照与MI动物之间的唯一差异是梗塞疤痕的存在。因此，本文所述的结构和功能变化可能可归因于MI。在MI产生之后平均六个星期研究ICNS的功能重塑。这表示用于自主适应的稳定期，并且超过急性期重塑，通过肌细胞死亡和神经退化。基于诸如LV心脏舒张末期压力和收缩性的血液动力学指数，动物处于慢性补偿状态并且未曾转变到明显心力衰竭。此外，从VIV GP记录神经活动，因为所述神经活动主要涉及心室功能的对照并且神经活动的神经体躯位于梗塞区带上游。因此，所观察的神经重塑并非归因于对神经元的直接缺血性损伤。

MI诱导VIV GP内的神经元的形态学和表型变化，所述形态学和表型变化通过神经元的放大和胆碱能表型的减少显现。有趣地，仅在优选地在心室上施加影响的VIV GP、DIVGP和RMA GP中，并且未在优选地在心房上施加影响的RA GP中观察神经放大。在MI之后于所有神经节中还存在VIP的增加的表达。VIP是心脏功能的重要调制剂并且在传入信号传导中具有潜在作用。这些结构变化类似于在缺血性心肌病的人类和动物模型两者中于胸内心外神经节中报告的那些。已经推测，这个神经重塑起因于亲神经因素的释放，以及传入和传出神经信号传导中的更改。本文所提供的是对到ICNS的上升输入和下降输入中的MI诱导的变化的直接功能证据。

来自梗塞边界区带的神经感觉输入

虽然已经广泛地研究了MI后传出神经信号的结构/形态学重塑，但是极少注意到起源于损伤和邻近未损伤心肌组织的传入神经信号。解剖学和功能研究已经识别具有位于心房和心室组织中的感觉轴突的IC神经节中的单极神经元。这些传入神经元转导心脏的局部机械和化学环境。每一GP内所含的传入神经元具有空间分散的接受域，从而允许来自广泛心脏区域的感觉信息的转导。这里示出的是，位于邻近来自左主冠状动脉的冠状动脉左前降支(LAD)的起源的VIV GP神经元转导起因于覆盖右心室和左心室的不同心脏区域的感觉输入。

在MI之后，心肌坏死继发于缺血发生在梗塞区带中。此外，缺乏能量基质和诸如反应氧种类的分子的积累触发导致梗塞边界区带中的肌细胞之重塑的细胞内信号传导过程的级联。肌细胞重塑发生的同时，存在发生在包括ICNS的心脏神经轴的多个水平处的适应性和适应不良的变化。在急性状态下，存在转导来自损伤心肌组织的传入信号的IC神经元的过度和异常活化。本文所呈现的数据表明，在慢性状态下，从梗塞区带到ICNS的传入信号降低但未完全取消，而保留来自边界和远距离区带的那些传入信号。传入神经信号的这个多相性导致边界情况和类似于由疤痕形成诱导的心肌边界区带“神经感觉边界区带”。感觉边界条件的重要性已经示出于其他神经电路中，诸如存在视网膜神经节细胞检测不均匀光场的增强的能力的视觉系统。人们相信，到ICNS的传入输入中的MI诱导的不对称可成为ANS的反射活化的基础，所述反射活化包括交感激励。在这方面，MI后，树酯毒素，瞬时受体电位香草酸亚型1(transient receptor potential vanilloid 1)的有效激动剂的施加减少心脏传入疼痛信号传导，降低交感激励，并且与保留的心脏功能相关联。这些数据指向心脏病进展中的传入神经信号的基本重要性和所述传入神经信号作为用以管理疾病过程的治疗目标的作用。

会聚局部电路神经元：内源性心脏神经系统内的信息处理

在这个实例中，表明称为会聚LCN的IC神经元的亚群接收传入输入和传出输入两者。会聚LCN连同传入和传出神经元一起形成IC神经电路的基本构成。在这个电路内，会聚LCN整合并处理信息，并且这些神经元的大亚群甚至在MI状态的存在说明维持局部信息处理的能力。虽然在MI后于神经元的总体功能分类中不存在差异(传入、传出和会聚)，但是对心血管刺激的整合式网络响应适应/重塑。这在对降低的预负荷和对区域起搏的神经响应中是明显的。尽管也发现响应于起搏的大多数神经元转导动态心血管变化，但是存在仅响应于起搏的唯一子集。对不仅在梗塞处而且在心脏的远距离区带处的起搏的更改的ICNS响应指示起搏可将附加应力放置在由MI强加的那个的顶部上的ICNS上。在存在梗塞疤痕的情况下的心室起搏已表明具有对心脏功能的不利效应，包括心室的肥大和不同步性。最终，这可加速向心力衰竭的进展并增加死亡率。以这些不利事件为基础的所提议的机构涉及神经内分泌系统的活化。因此，人们相信，ICNS活动的调制与传入神经信号的MI诱导的重塑结合可为起搏与神经内分泌系统活化之间的基本链路。

传出神经控制

ICNS在传统上被视为用于至心脏的副交感神经节前传出投影的简单中继站。与这个观点相反并且支持在犬科动物模型中获得的数据，表明大部分猪IC神经元接收来自交感神经或副交感神经节前神经元的输入，以及复杂心血管传入输入。IC神经元的子集接收传出输入(来自星状神经节和迷走神经两者的输入)的汇流的事实暗示交感神经-副交感神经相互作用的显著程度发生在ICNS内。

传出神经信号在MI之后的重塑发生在心脏神经轴的多个水平处。在器官水平处，已经观察到梗塞心肌的交感神经去神经支配和边界区带的超神经支配。在星状等交感神经节内所含的神经元中还注意到形态学和神经化变化。交感神经影响的增加伴随有中心调解的副交感神经影响中的退缩。尽管交感迷走神经中的这些改变平衡，但是本文所呈现的数据说明，到ICNS的交感神经和副交感神经输入在MI后仍然无损。事实上，接收会聚传出输入的IC神经元的百分比在MI之后加倍。大多数这些IC神经元转而在本质上为局部电路，如通过所述IC神经元中的90％受一个或多个传入刺激影响的事实证明。这个适应可以是面临由交感迷走神经不平衡和起因于心室的梗塞与边界和远距离区带的不相称传入输入强加的失稳效应维持周围网络稳定性的尝试。

本研究提供ICNS的神经签名在MI中改变的直接证据，并且构成神经记录在帮助说明心脏病的病因学中的实用性的基础。传入神经信号的多相性可能作为ANS的反射活化的基础，借此影响心律失常和向心力衰竭进展的可能性。从病变心肌到ICNS、胸内心外神经节，和心脏神经轴的较高中心的传入神经信号的调制表示用来减缓缺血性心脏病的新颖治疗方法。这些发现也突出心脏神经电图可充当用于心脏生理学和病理生理学的研究的附加模态。

本文发现的结果建议慢性MI改变ICNS中的信息处理。观察到从梗塞区带到ICNS的传入信号传导的显著减少。尽管观察到ICNS的诱发传出信号传导无变化，但是对IVC闭塞的整合IC反射响应显著地衰减。ICNS中的信息处理中的这些MI诱导的改变表示改变的心脏传入信号传导的“神经签单”，所述改变的心脏传入信号传导引发负责心律失常和心力衰竭的病理生理过程。

本文引用的每个专利、专利申请和公开的公开内容在此通过引用整体并入本文。

虽然已参考特定实施方案公开了本发明，但是显而易见的是，本发明的其他实施方案和变化可在不脱离本发明的真实精神和范围的情况下由本领域其他技术人员设计。所附权利要求书意图解释为包括所有这类实施方案和等效变化。

Claims

1.一种评估对象中的缺血性心脏病的方法，其包含：

测量指示来自至少一个内源性心脏神经元的神经签名的多个电信号；

比较所述测量的信号与所述内源性心脏神经系统的参考神经签名；以及

确定所述测量的信号与所述神经签名之间的差异是否超过临界值。

2.如权利要求1所述的方法，其还包含当超过所述临界值时，以至少一个治疗元件处置所述对象。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个治疗元件是药物或生物制剂。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个治疗元件是对所述对象的心肌组织的区域或对一个或多个内源性心脏神经元的电刺激。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包含检测内源性心脏神经元的群中的传入神经元的相对量。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述参考神经签名特定于所述对象。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述参考神经签名基于具有至少一个共同特性的对象群，所述至少一个共同特性选自由以下各项组成的群组：性别、年龄、活动水平、饮食、先天性缺陷、遗传性状和代谢状态。

8.如权利要求1所述的方法，所述测量的神经签名包括至少一个参数，所述至少一个参数选自由以下各项组成的群组：内源性神经元自然发放速率、心动周期时期期间的活动、神经元之间的时间关系、对机械敏感性输入的响应、对交感神经或副交感神经系统的刺激作用的响应、心脏负荷情况的变化、对心外膜起搏的响应、对化学感受器刺激作用的响应和对疼痛输入的响应。

9.一种处置具有病变心肌的对象的方法，其包含：

识别所述对象的心脏中的病变心肌组织；

识别来自所述病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导；以及

更改来自所述识别的传入内源性心脏神经元的所述信号传导。

10.如权利要求9所述的方法，其中识别来自所述病变心肌组织的至少一个传入内源性心脏神经元信号传导包含比较从传入神经元测量的电信号与所述内源性心脏神经系统的神经签名。

11.如权利要求9所述的方法，其中更改来自所述识别的传入内源性心脏神经元的所述信号传导包含将电刺激施加于所述传入内源性心脏神经元。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述方法在闭环系统中使用于监视和处置所述对象中的缺血性心脏病。