受损脊髓神经信号选择性探测和激励电极阵列的电磁场模型研究及电极阵列设计

本课题研究目的是实现受损脊髓中神经信号的选择性探测和激励并研究特定功能神经信号的时、频域特性。核心研究内容包括：1）利用电磁场仿真软件，研究由受损脊髓神经信号激励的电场的空间分布，依据该计算结果，设计神经信号探测的电极阵列结构，实现脊髓中的特定功能神经信号的定位和提取，为受损脊髓神经微电子桥接芯片提供输入。2）基于神经元等效电路模型，利用仿真软件，研究生物电信号在脊髓神经中的传播，得到一定位置上特定功能神经信号的时域和频域特性，为该神经信号的模式识别提供理论依据。3)利用电磁场仿真软件，模拟一定结构电极在脊髓中产生的电场，依据该计算结果，设计电极的几何尺寸和空间分布，使之能够利用再生的神经信号实现对脊髓中特定神经元集群的激励，完成受损脊髓神经信道的桥接。

本项目针对受损脊髓神经桥接系统中的探测和激励电极阵列的选择性进行了研究，其中包括：.1. 接地电极阵列分布对于选择性的影响，研究结果表明，环绕激励电极的接地电极越多，有效激励区域越小。.2. 圆台形激励电极尖端直径对于选择性的影响，研究结果表明，在一定范围内，直径越大，有效激励区域越小。.3. 圆台形激励电极针体直径对于选择性的影响，研究结果表明，针体直径与有效激励区域无明显关系。.4. 椭圆形激励电极尖端直径对于选择性的影响，研究结果表明，在一定范围内，直径越大，有效激励区域越大。结合2得出结论，激励电极尖端形状对于激励的选择性具有重要影响。.5. 单一神经元的激活阈值与电极阵列形态、位置的关系，研究结果表明，激励电极周围环绕的接地电极越多，则激励阈值越低；随着激励电极与接地电极距离的增加，阈值稍有增加；激励电极正对胞体时，激励阈值较小；激励电极与神经元距离越远，阈值越高。.6. 探测电极选择特性与同结构激励电极的选择性一致。