视觉假体是近年来出现的一种新兴的视觉修复方法,它使用电刺激诱发视觉通路的神经兴奋并产生光幻视,使盲人一定程度上恢复视觉功能。视网膜的假体研究是近些年的热点之一,刺入式视神经假体由中国C-Sight小组首创性提出。视觉假体的一些尚待研究的基本问题包括:如何验证电刺激的有效性和可行性,如何检测电刺激响应的时间和空间分辨率,各种视觉神经细胞如何对不同模式的电刺激进行响应等。电生理技术是一种神经系统的重要研究手段,使用这种手段可以测量视觉系统的电学响应以评估电刺激的性能。本课题使用电刺激视网膜并记录神经节细胞的动作电位响应,使用电刺激视神经并记录视皮层的场电位响应,通过研究这些电生理响应的特性,以期为视觉假体的基本理论和参数设计提供支持和依据。在电刺激视网膜的研究中,我们采用了膜片钳技术对单个神经节细胞响应的动作电位进行记录,精确研究各种节细胞对不同模式电刺激的响应特性。研究表明,在较高频率(100Hz~700Hz)的电刺激下,不同种类节细胞的响应对刺激脉冲的跟随能力不同。一些节细胞在无法一一跟随刺激脉冲的状况下,间歇响应的时间模式以细胞种类呈现差异性。另外,在没有诱发正常动作电位的刺激脉冲后,我们发现了一种小波形,它拥有相较于正常动作电位更短的延迟期和更低的幅度,它可能由刺激脉冲诱发但非充分回传至胞体所致。在超高频率电刺激(2000Hz)下,节细胞的响应模式随刺激幅度的变化而变化,并且不同种类节细胞的响应不尽相同。相位分析和神经递质受体拮抗实验的研究表明,这些响应模式均来源于节细胞自身的受激兴奋,而非视网膜神经网络的作用。这些结果说明了选择性刺激视网膜功能细胞成为可能,这将为视网膜假体的精确化和功能化做出贡献。在刺入式视神经电刺激的研究中,我们进行了视神经的多位点刺激和视皮层的多通道记录。刺激电极三根为一组刺入视神经并以三角形或直线形排列;皮层记录电极是自制多通道银球电极阵列,记录皮层局部场电位。电刺激使用先正后负或先负后正的电荷平衡的脉冲电流。研究表明电刺激视神经可以诱发视觉皮层的响应,平均阈值流为20.3±7.5μA,平均阈值电荷密度为37.8±13.9μC/cm~2。视皮层的响应强度和范围随着电刺激强度的增加而增大。先负后正的刺激波形优于先正后负的刺激波形。不同位置的刺激电极对诱发的皮层响应区域并不相同。沿视神经顺行走向的电极对优于垂直走向的电极对。本项研究证实了电刺激视神经的可行性,验证了先负后正电刺激波形的优势,并证明了电刺激视神经拥有良好的时间和空间响应特性,这些结果将为刺入式视神经假体提供必要的理论支持和参数设计依据。