袖套微电极胞外电刺激视神经的建模与仿真

视觉假体是重建部分盲人视觉的康复装置，也是一种向大脑输入信息的脑机接口。视神经刺激是视觉假体实现的一种方法。本项目建立一个由刺激电极，组织容积导体和视神经组成的胞外电刺激视神经模型。容积导体模型考虑了视神经周围的组织非均匀性，利用有限元方法计算非均匀容积导体内即胞外刺激电极产生的电势分布；然后，基于视神经膜动力学和药理学的实验数据和相应的离子电流描述，利用经典的膜动力学建模方法，建立一个视神经膜动力学方程；并利用电流守恒定律，建立视神经动作电位传播方程，重建视神经动作电位。在对模型实验验证基础上，应用建立的模型，在条件－测量刺激脉冲对和电极电流偶极子作用下，仿真模型的响应，优化刺激脉冲序列间隔和解决电极阵列中电极间距、刺激模式等优化问题。通过本项目的研究，形成了从刺激到响应的多输入单输出系统，为设计和优化植入性电刺激仪，预测刺激效果和解释电刺激临床实验提供理论基础。