视觉假体动物模型的视神经暴露及其功能评估

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刺入式电极刺激眶内视神经的视觉假体,开辟了视觉假体研究的一个新方向。其设计理念为,将编码的电刺激信号通过植入视神经内的多电极阵列所提供的人工智能与神经接口,偶联传递到视网膜神经节细胞轴突,再经过视神经将刺激信号向上传送到中枢,使盲人产生视觉感受,实现视觉修复的目的。视神经及其功能对于刺入式电极刺激的视觉假体,具有决定性意义。为此,本文(1)探索了经额骨眶突途径暴露兔眼眶内视神经的手术方法,并对其安全性进行了评估。该方法手术路径短,视野良好,无需切除眼眶,无需剪断眼外肌,避开了相对较大且血管丰富、易损伤出血的泪腺,术者可以在直视下处理眶内静脉窦,有效减少了术中出血、甚至造成动物失血致死的风险。视神经暴露术前后各期,视网膜电图(ERG)未出现明显异常。术后视觉诱发电位(VEP)检测呈现以N1波潜伏期延迟及N1-P1幅值下降为表现的视神经传导功能的一过性障碍,但于术后1月均自然逆转。   结果表明,经额骨眶突途径暴露兔眼眶内视神经的手术方法,平均用时15.88±1.33 min,平均出血量0.57±0.11 mL。操作方便,易于掌握,相对安全,不仅能够满足视神经视觉假体的研究需要,也为实现与视神经暴露相关的研究课题提供了参考和借鉴;(2)在合理推测多通道VEP(MVEP)对于检测不同部位的视神经病损,具有体现特异性潜力的前提下,通过构建不同部位兔眼眶内视神经损伤的动物模型,运用多通道方法记录其皮层视中枢的VEP信号,分析和评估兔眼眶内视神经不同部位受损后多通道VEP的侧效应特征。在有方位选择性地对兔眼球后2 mm水平处视神经进行实验性缝线损伤后,(i)皮层MVEP的潜伏期延迟及幅值下降与损伤部位相关,具有损伤后特异性空间分布的侧效应特征;(ii)视神经颞侧部分的神经纤维,与同一水平的鼻侧部分相比,具有更高的损伤易感性。本文结果初步展示了MVEP用于检测和诊断视神经损伤所具有的敏感性和特异性。在保持了VEP固有特征(潜伏期和幅值)的基础上,扩大的记录覆盖范围,提供出皮层响应更为丰富的空间分布信息。与损伤部位相关联的MVEP特异性空间分布特征,对视神经病损的定位诊断具有一定的辅助性,既有利于提高视神经损伤及病变的诊断和鉴别诊断质量,也有助于基础研究中视神经病损机制的探索。同时,对视神经视觉假体研究中,选择刺激部位,假体设计,假体放置,以及对视神经功能进行保护等问题,均有提示和参考意义;(3)将直径80μm的铂铱合金电极材料植入兔眼眶内视神经颞侧,运用MVEP和免疫组织化学(IHC)染色方法,对植入后的视神经功能及结构变化进行了分析和评估,同时,运用扫描电镜(SEM)观察了电极材料留置兔眼视神经组织之后,生物组织对电极材料的影响。   结果显示:(i)铂铱合金电极材料以贯穿刺入方式植入兔眼眶内视神经,植入过程对神经轴突机械性切断以及电极材料的持续留置,是导致局域性神经髓鞘不可逆损坏的原因;受到损伤刺激后,视神经组织修复反应以星形胶质细胞增生为主;(ii)铂铱合金电极材料以贯穿刺入方式植入兔眼眶内视神经后神经髓鞘完整性的损坏,造成视神经传导功能早期弥漫性的延迟,但在4×4阵列MVEP中,未表现出与损伤部位相关的特征性侧效应。MVEP潜伏期于电极材料植入后3~6月,恢复至植入前水平,呈现良好的预后;(iii)铂铱合金电极材料留置时长12月,其表面未见受组织腐蚀或破坏表现。由于植入过程不可避免地将对视神经结构及其传导功能造成一定程度的影响,这对基于刺入式电极刺激眶内视神经视觉假体研究中的电极植入部位、假体固定以及视神经保护等问题,都提出了新的挑战。
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