视网膜上假体电刺激脉冲参数的优化

目的目前视网膜上假体的常用刺激波形是双相不对称矩形脉冲,而脉冲参数是影响刺激响应的主要因素之一。本文目的是寻找视网膜上假体的最佳脉冲参数组合。方法视神经节细胞用房室模型模拟,膜特性采用Fohlmeister-Colman-Miller(FCM)模型。双相不对称矩形脉冲的参数包含阴极相幅值,阴极相持续时间,阴极相与阳极相幅值比和相间间隔。胞外理想点电极刺激视神经节细胞的仿真期间,寻找产生动作电位(AP)的最佳脉冲参数组合。刺激有效性采用刺激阈值,阴极相传递电荷量和能量消耗来比较。结果阴极相持续时间为1 ms,阴极相与阳极相幅值比为1和相间间隔为0.1 ms时有最低刺激阈值。阴极相持续时间为0.1 ms,阴极相与阳极相幅值比为1和相间间隔为0.2 ms时获得最低阴极相传递电荷量。最低能量消耗在阴极相持续时间0.9 ms,阴极相与阳极相幅值比10和相间间隔0.6 ms。结论在最低刺激阈值,最低阴极相传递电荷量和最低能量消耗时,双相不对称矩形脉冲参数组合不同。这些为视网膜上假体选择合适的脉冲参数组合提供一个有意义的参考。

基于遗传算法的视网膜假体电刺激波形优化

目的利用多房室模型模拟神经节细胞电刺激响应,运用遗传算法优化刺激波形,探索视网膜上假体的最优电刺激波形。方法用多房室模型来模拟视网膜神经节细胞,膜特性采用Fohlmeister-ColmanMiller(FCM)模型。运用遗传算法(genetic algorithm,GA)对波形刺激相进行优化,比较GA优化波形(单独考虑能耗的能量最优波形,单独考虑电荷安全的电荷最优波形,两者均考虑的GA最优波形)与传统矩形波在使神经节细胞产生动作电位时的能耗和电荷量。结果在相同脉宽下,能量最优波形的能耗减少24.319pJ,电荷最优波形的电荷减少1335pC,GA波形的能耗和电荷则分别减少24.0295pJ和854pC,GA波形与尾部截断的高斯波形相似。结论对于视网膜的胞外电刺激,通过遗传算法优化的波形比传统矩形波具有更高的能量和电荷效率。

基于随机共振的视网膜神经节细胞信号检测与传输的增强

目的为了把随机共振(stochastic resonance,SR)应用到视网膜上假体刺激中,研究了噪声对视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells,RGC)电刺激响应及其信息传输的影响。方法 RGC用多房室模型模拟,运用附加Ornstein-Uhlenbeck(OU)过程或高斯白噪声的阈下信号输入到模型。观察RGC模型响应,功率模和互信息率来描述SR的特性。结果当一定的噪声附加到阈下信号时,RGC能够产生动作电位。随着2种噪声强度的增加,功率模和互信息率的变化曲线都呈现倒U型。与高斯白噪声相比,OU过程能够用较小的噪声强度产生更大的功率模和互信息率值。结论 RGC中存在SR现象;SR能够增加RGC对阈下信号的检测能力和信息传输能力;OU过程更容易产生SR,并且产生的SR效果更好。研究对降低视网膜上假体刺激阈值具有重要意义。

视网膜假体的研究进展

目前视网膜假体是所有视觉假体中研究最成熟、最广泛的一种,其研究目标是帮助失明患者恢复有用视力,尤其针对因视网膜色素变性和年龄相关性黄斑变性等致视力丧失者.依电刺激部位不同,视网膜假体分为视网膜上假体和视网膜下假体.前者通过玻璃体手术将微电极植入并固定于视网膜上;后者通过巩膜途径或玻璃体途径将微电极置于视网膜神经上皮层和视网膜色素上皮层之间.近年来对视网膜上假体的阵列电极、刺激电流等进行了改进;对视网膜下假体的芯片、供能方式等做了改进.有望为不可逆盲者提供帮助.