视网膜上假体中电刺激产生虚拟通道的仿真模型研究

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通过人工视觉假体帮助盲人修复视觉功能是目前国际上的研究热点,其中对于视网膜上假体的研究最为广泛和成功。视网膜变性是引起不可治愈性失明的重要原因,视觉假体将外部的图像信息经过光电转换和编码,用电信号的形式通过微电极阵列对变性的视网膜中保存完好的神经元进行刺激,使神经节产生动作电位并经过视神经传导至大脑视觉皮层产生视觉感知。  视网膜结构复杂,神经元数量庞大,然而目前视觉假体电极数量非常有限,如何突破输入信息需求大而电极数量有限的瓶颈问题是视觉假体亟待解决的重要问题。同样受限于有限的植入电极数量,在人工电子耳蜗的研究中发现了两电极因电刺激效果叠加而产生的“虚拟通道”。这种电极间的相互作用在视觉假体电极阵列中加以应用,将有效提高刺激通道数量。目前虽然已有初步的研究说明虚拟通道在视网膜假体上的可能性,但关于虚拟通道的产生条件、调控方式以及电极尺寸、间距、在视网膜中的位置等影响因素没有深入的研究。本文通过计算仿真建模的方法,根据对人眼视网膜的形态学研究,建立了不同厚度的视网膜分层模型和不同密度分布的神经节细胞(RetinalGanglion Cell,RGC)群体模型,系统地研究了单电极不同电极直径、电极-视网膜间距对单个RGC及RGC群体响应的影响,探索了双电极同时刺激下,改变电流配比、电极间距和电极-视网膜间距等对RGC群体响应特性的影响。  本论文的创新之处主要在于根据人眼视网膜的解剖学结构和电生理特性建立了不同参数的视网膜三维有限元模型,依据RGC的结构形态建立了不同的RGC模型和依据空间密度分布的RGC群体模型,系统研究了单电极和双电极不同刺激条件下的RGC(群)响应特性。该研究成果将为视网膜上假体的电极设计及虚拟通道技术应用的可行性提供理论依据。
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