基于內(nèi)源性腦光學(xué)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(yīng)機(jī)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(dǎo)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(xué)家期望通過電刺激視覺通路來使盲人恢復(fù)視覺功能，因此，視覺通路電刺激在人工視覺領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著視網(wǎng)膜假體的臨床化，研究者們開始更多地關(guān)注術(shù)前患者的視覺功能評估以及術(shù)后的康復(fù)學(xué)習(xí)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(lǐng)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(yīng)不僅能夠促進(jìn)TcES在評估和篩選等方面的應(yīng)用,還能夠幫助理解電刺激產(chǎn)生的腦機(jī)制。圍繞這一問題，基于腦光學(xué)成像及微電極陣列技術(shù)，本研究開展了TcES誘發(fā)貓視覺皮層響應(yīng)的研究。
　　TcES在視覺皮層究竟誘發(fā)了什么樣的響應(yīng)，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(yīng)，這一系列的問題只有通過對皮層響應(yīng)進(jìn)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(xué)成像對TcES誘發(fā)皮層的血氧和血量信號進(jìn)行同步成像，揭示皮層誘發(fā)響應(yīng)的時空模式，系統(tǒng)地研究不同刺激參數(shù)對皮層響應(yīng)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(yīng)區(qū)域的神經(jīng)響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明：當(dāng)刺激頻率在10–20Hz范圍內(nèi)時，誘發(fā)的皮層響應(yīng)達(dá)到最強(qiáng)；隨著刺激電荷的增強(qiáng)，正響應(yīng)區(qū)域的信號強(qiáng)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(yīng)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(kuò)展，即TcES對周邊視網(wǎng)膜的刺激作用要強(qiáng)于中心視網(wǎng)膜；電生理記錄表明正響應(yīng)區(qū)域伴隨有強(qiáng)烈的神經(jīng)元活動。本研究為TcES誘發(fā)的皮層響應(yīng)研究奠定實驗基礎(chǔ)，促進(jìn)我們對假體視覺機(jī)制的理解，同時電刺激參數(shù)的優(yōu)化也將有助于TcES的應(yīng)用。
　　本研究報道了TcES能夠在視覺皮層誘發(fā)拮抗性的響應(yīng)，國際上對于負(fù)響應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制還存有爭議。要想全面的了解 TcES誘發(fā)的皮

5、層響應(yīng)，不僅要關(guān)注正響應(yīng)，還應(yīng)該充分地關(guān)注負(fù)響應(yīng)。針對負(fù)響應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制，我們采用了激光散斑襯比成像和微電極陣列技術(shù)來探究潛藏的血流和神經(jīng)電生理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：負(fù)響應(yīng)區(qū)域的信號響應(yīng)起始時間及峰值到來時間總是滯后于正響應(yīng)區(qū)域的信號；隨著刺激的增強(qiáng)，負(fù)響應(yīng)區(qū)域的信號強(qiáng)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(yīng)區(qū)域的血流速度增加而負(fù)響應(yīng)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(guān)性；電生理記錄顯示負(fù)響應(yīng)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(fù)響應(yīng)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(dǎo)致的。為了與電刺激誘發(fā)的負(fù)響應(yīng)比較，本文還探索了周邊光柵刺激誘發(fā)的皮層負(fù)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在負(fù)響應(yīng)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(fù)響應(yīng)都與神經(jīng)元活動的抑制有關(guān)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(fù)響應(yīng)機(jī)制的研究，對于神經(jīng)科學(xué)工作者解釋負(fù)的血液動力學(xué)信號具有非常重要的意義，從而使功能成像技術(shù)在臨床上有更準(zhǔn)確的應(yīng)用。