视觉假体利用视觉通路中仍然保持功能的部分神经组织作为电刺激对象，通过植入电极施加刺激来激活视觉系统，模拟正常光刺激达到恢复视觉的效果。其中视神经假体能够覆盖较大的视野范围，而刺入式视神经假体又可以降低刺激阈值、提高空间分辨率，具有其独特的优势，然而目前还缺乏对不同电极刺激模式影响其刺激效果的研究。此外对于在视觉假体植入患者筛选中广为应用的角膜电刺激这种非侵入式视网膜电刺激方法，目前也还没有一个系统性的客观定量研究去关注其诱发皮层响应特性。本论文主要围绕这两个方面开展研究工作。　　对于不同模式刺入式视神经电刺激，通过动物模型的在体电生理实验和计算机仿真模拟这两种手段分别研究了视皮层的响应特性和视神经纤维的兴奋性活动情况。首先以白兔为动物模型，通过银球电极阵列记录视皮层在视神经不同刺激模式下的响应特性，以刺激阈值、皮层响应幅度和空间分布为指标研究刺激模式的影响，结果表明单极刺激模式的刺激阈值与双极刺激模式类似，而在阈上刺激时诱发的皮层响应扩散程度却较小，说明单极刺激模式能够实现比双极刺激更局部的刺激。然后基于白兔视神经几何参数和电学参数的进行了建模仿真的研究，预测了模型中视神经纤维在不同刺激模式下的兴奋性活动，结果显示，两电极间距较大时引入较大的径向偏移量、两电极间距较小时引入较小的径向偏移量能比较合理的解释动物实验中的现象，其中大间距双极刺激模式所产生的募集区域面积和分布都大于单极刺激模式，小间距双极刺激模式产生的募集区域面积和单极刺激模式类似，分布却较为发散，支持了动物实验中单极刺激模式更为局部化的结论。此外，从仿真建模结果还推断出如果制作足够精细的刺入式电极，使双极刺激不受神经纤维发散的影响，那么双极刺激有可能有效地提高刺激选择性及空间分辨率，对进一步提高刺入式视神经电刺激的空间分辨率提出了合理的思路和依据。　　对于经角膜电刺激视网膜时视觉皮层的响应特性，本论文结合电生理方法和光学成像方法以猫为动物模型对通过角膜电极进行刺激时视皮层的响应进行了研究，内源信号脑光学成像法发现响应区域主要位于对应于外周视野的视皮层区域，而电生理方法记录到的皮层响应电位也是在该区域强度大。通过光学成像方法研究不同刺激参数 TcES诱发的皮层响应，发现10到20 Hz的刺激频率时诱发皮层响应最强，相同输入电荷量时，“长脉宽小电流”的刺激效果较好，为临床 TcES最优刺激方案的选择提供了依据。此外，本实验还发现通过光学成像方法记录的角膜电极电刺激诱发的视皮层响应呈现出一个拮抗性响应模式，在对应于外周视野的皮层区域为正常的血液动力学响应，而在该区域临近的后部皮层区域表现为相反的血液动力学响应。通过平面微电极阵列、线性微电极阵列两种微电极阵列在正响应区域和负响应区域对局部场电位和多神经元活动进行了记录，结果表明在负响应区域的神经元表现出抑制性活动和兴奋性活动共存的现象，而并不全部表现为抑制性活动。本实验的研究结果表明，脑光学成像方法所记录到的这种拮抗性响应模式可能是由于在电刺激时区域内神经元的抑制性活动和兴奋性活动之间的平衡被打破，从而影响了该区域整体上的血液动力学的变化。本实验为负血液动力学响应的成因提供了新的证据，同时本实验中电刺激导致的拮抗性响应模式也和正常视觉刺激的相关研究具有一定可比性，有助于更好地理解电刺激视觉系统的皮层响应机制。