基于內(nèi)源性腦光學成像的經(jīng)角膜電刺激視網(wǎng)膜誘發(fā)視皮層的時空響應機制研究.pdf

1、視覺系統(tǒng)是人類獲取外界信息最重要的感覺系統(tǒng)，視覺傳導通路上任何一處部位發(fā)生病變都有可能致盲，失明對人類的生活影響巨大。神經(jīng)科學家期望通過電刺激視覺通路來使盲人恢復視覺功能，因此，視覺通路電刺激在人工視覺領域獲得了廣泛的應用。隨著視網(wǎng)膜假體的臨床化，研究者們開始更多地關注術前患者的視覺功能評估以及術后的康復學習策略，經(jīng)角膜的視網(wǎng)膜電刺激(Transcorneal Electrical Stimulation，TcES)能夠以無損的方式激活

2、視網(wǎng)膜，有望在人工視覺領域發(fā)揮更大作用。目前，TcES誘發(fā)的光幻視已經(jīng)被用來評估殘余的視覺功能和篩選合適的假體植入者，相比于主觀的光幻視測量，客觀和定量的研究TcES誘發(fā)的視覺皮層響應不僅能夠促進TcES在評估和篩選等方面的應用,還能夠幫助理解電刺激產(chǎn)生的腦機制。圍繞這一問題，基于腦光學成像及微電極陣列技術，本研究開展了TcES誘發(fā)貓視覺皮層響應的研究。
　　TcES在視覺皮層究竟誘發(fā)了什么樣的響應，究竟什么樣的電刺激參數(shù)最能激發(fā)

3、視覺皮層的響應，這一系列的問題只有通過對皮層響應進行客觀和定量的評估才能獲得答案。本文主要使用了多波長的內(nèi)源信號光學成像對TcES誘發(fā)皮層的血氧和血量信號進行同步成像，揭示皮層誘發(fā)響應的時空模式，系統(tǒng)地研究不同刺激參數(shù)對皮層響應的影響，并結(jié)合銀球電極陣列記錄皮層表面誘發(fā)電位，探索響應區(qū)域的神經(jīng)響應機制。結(jié)果表明：當刺激頻率在10–20Hz范圍內(nèi)時，誘發(fā)的皮層響應達到最強；隨著刺激電荷的增強，正響應區(qū)域的信號強度和激活面積都在增加，但是有

4、逐漸飽和的趨勢，同時響應區(qū)域逐漸由皮層上代表周邊視野的部位向代表中心視野的部位擴展，即TcES對周邊視網(wǎng)膜的刺激作用要強于中心視網(wǎng)膜；電生理記錄表明正響應區(qū)域伴隨有強烈的神經(jīng)元活動。本研究為TcES誘發(fā)的皮層響應研究奠定實驗基礎，促進我們對假體視覺機制的理解，同時電刺激參數(shù)的優(yōu)化也將有助于TcES的應用。
　　本研究報道了TcES能夠在視覺皮層誘發(fā)拮抗性的響應，國際上對于負響應產(chǎn)生的機制還存有爭議。要想全面的了解 TcES誘發(fā)的皮

5、層響應，不僅要關注正響應，還應該充分地關注負響應。針對負響應的產(chǎn)生機制，我們采用了激光散斑襯比成像和微電極陣列技術來探究潛藏的血流和神經(jīng)電生理機制。研究發(fā)現(xiàn)：負響應區(qū)域的信號響應起始時間及峰值到來時間總是滯后于正響應區(qū)域的信號；隨著刺激的增強，負響應區(qū)域的信號強度和激活面積表現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律；正響應區(qū)域的血流速度增加而負響應區(qū)域的血流速度減少；血量信號和血氧信號總是顯示出高度的線性相關性；電生理記錄顯示負響應區(qū)域一部分神經(jīng)元活

6、動發(fā)生了抑制。因此，TcES引發(fā)的負響應可能是由局部區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元興奮和抑制性活動的平衡變化導致的。為了與電刺激誘發(fā)的負響應比較，本文還探索了周邊光柵刺激誘發(fā)的皮層負響應，發(fā)現(xiàn)在負響應區(qū)域并不存在神經(jīng)元活動的下降，因此，并不是所有的負響應都與神經(jīng)元活動的抑制有關系，血液盜取現(xiàn)象是可能的原因。本文的研究成果豐富了對負響應機制的研究，對于神經(jīng)科學工作者解釋負的血液動力學信號具有非常重要的意義，從而使功能成像技術在臨床上有更準確的應用。