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视觉假体是一种将外界图像信息进行处理,通过电刺激失明患者视觉通路的完好部分,帮助其恢复部分功能性视觉的植入式微电子系统。根据视觉假体在视觉通路上植入部位的不同,主要分为视网膜假体、视神经假体以及视皮层假体。本研究小组提出一种使用刺入式微电极阵列对视神经纤维进行刺激,从而实现功能性视觉恢复的新型视神经视觉假体。 视觉假体存在着输入信息需求大而刺激电极数量有限的瓶颈问题。为了解决这一问题,在技术较为成熟的听觉假体研究中,采用了称为“虚拟通道”的技术在不增加刺激电极数量的情况下,来增加植入者的听觉感知通道,即通过相邻电极电场在时间空间上的相互作用,产生了介于两电极单独作用时产生的音调之间的额外可感知音调。这种关于两电极相互作用的研究,对于同样采用电极阵列进行刺激的视觉假体也具有重要的意义,但目前在视觉假体中虚拟通道的研究仅在视网膜假体开展了十分初步的仿真实验。针对本小组提出的刺入式视神经视觉假体,本研究在前期工作建立的视神经多纤维模型基础上,结合双电极外部电场仿真模型,建立了视神经纤维对双电极刺激电场的响应模型。通过研究两电极共同刺激时电场相互作用对两电极诱发的视神经纤维兴奋区域大小、形状产生的影响,为视神经假体虚拟通道技术中的微电极阵列排布、电刺激策略设计提供一定的理论参考。 本文的研究内容主要包括:一、建立COMSOL双电极外部电场仿真模型,并与前期建立的视神经多纤维模型结合,构建了视神经多纤维对外部电场刺激的响应模型;二、改变两电极电流分配比、相对摆放位置、输出电流幅度、输出电流时间等参数,研究不同电刺激条件下外部电场相互作用对视神经纤维响应规律的影响。 本文的创新点在于首次用仿真模型研究了视神经微电极间电场的相互作用,并以兴奋范围大小、两电极兴奋范围中心等参数研究了电极电场相互作用对视神经纤维兴奋性的影响,为视神经视觉假体虚拟通道技术中的电极阵列排布、电刺激策略设计提供了理论依据。