基于实验数据计算机仿真大鼠视神经纤维对于胞外点电极刺激的响应与影响

背景:目前的视觉假体有3种,即视网膜假体,视神经假体和视觉皮质假体,保证视神经纤维的正常是使用视神经假体的基础。对于有髓视神经纤维的胞外刺激实际上是胞内刺激的延续和发展,与胞内刺激相比,胞外刺激的优势在于刺激位置的选择更加灵活,操作上的精确度要求相对较低。目的:通过计算机来仿真大鼠视神经纤维对于胞外点电极源刺激的响应,然后考虑电极位置对响应的影响。方法:总结大鼠视神经的实验数据和常见离子通道的特性,分析已有的类Hodgkin-Huyley视神经纤维模型;然后用计算机仿真出神经纤维模型的响应;通过改变胞外点电极源的刺激位置,比较视神经纤维各Ranvier节动作电位的变化。结果与结论:利用模型仿真说明胞外电极位置对视神经响应有影响。点电极源与视神经纤维的垂直距离越近,并且与视神经纤维中心Ranvier节点的水平距离越近,视神经纤维越容易兴奋。

螺旋袖套电极胞外刺激视神经的电场有限元分析

为了研究电极与神经作用机制,优化电极设计和指导假体的应用,有限元方法用于分析螺旋袖套电极刺激视神经产生的电场空间分布。建立了圆柱形的视神经模型,并考虑电极结构和脑脊液(CSF)厚度变化对刺激效果的影响。选择合适的网格剖分和边界条件,应用COMSOL Multiphysics有限元软件,计算电极的三维电场。结果表明,在相同的刺激条件下,纵向三电极结构比双电极结构(电极分别位于神经干对侧)的电流密度值要大,但双极结构所需引线少,植入简单,易于临床应用。应用参数扫描的方法仿真表明,由于CSF层的电导率比其他组织大,随着CSF层厚度增加,电极电场分布范围更大,但对电流的散射阻碍使神经刺激效果变差。