Oozeer視神經纖維膜動力學特性分析及其不同波形刺激下的響應.pdf

1、研究目的:
　　 由于視神經容易接近且大部分眼疾患者（如色素性視網膜炎和黃斑變性）仍有相當數(shù)量的視神經存活，視神經成為視覺假體選擇的一個合適刺激點。為了理解視神經假體作用機制，設計視神經假體和指導視神經假體的臨床實驗，需要了解視神經的興奮性。Oozeer等提出了一種用來描述哺乳動物視神經纖維興奮性視神經模型（稱為Oozeer視神經模型）。本文以Oozeer視神經模型為研究對象，對視神經纖維的膜動力學特性如動作電位產生過程中各離子

2、通道所起的作用進行分析。然后，進一步探討了Oozeer視神經模型對于不同波形刺激的響應，為選擇有效的刺激波形提供一種方法。
　　 研究方法:
　　 1.Oozeer視神經模型的分析與仿真。以Oozeer視神經模型為對象，以Matlab為仿真平臺，應用歐拉數(shù)值計算法，對哺乳動物視神經纖維的膜動力學特性進行仿真并分析。
　　 2.相平面法膜動力學特性分析。在相平面圖中以V為橫坐標，dV/dt為縱坐標，分析動作電位產生

3、過程中各種離子通道的變化趨勢，并分析有無A型電流情況下動作電位的變化。
　　 3.雙極矩形刺激波形的優(yōu)化。改變傳統(tǒng)的雙極矩形脈沖陰極—陽極的相間隔，陰極與陽極相出現(xiàn)的順序，輸入到Oozeer視神經模型，對傳統(tǒng)的雙極矩形脈沖進行優(yōu)化。通過比較閾值，分析兩種改進波形能否改善刺激的有效性。
　　 4.波形形狀對神經刺激響應的影響。選擇七種常見的脈沖波形，包括矩形、線性增長、線性遞減、指數(shù)增長、指數(shù)遞減、高斯和正弦波，作為Ooz

4、eer視神經模型輸入，分析對于每一種刺激波形的膜電位和門控變量響應，并用相平面圖法分析不同波形刺激下dV/dt對V的變化。
　　 研究結果:
　　 1.Oozeer視神經模型包含四種離子電流，它膜動力特性的仿真表明，動作電位的上升階段主要是由傳統(tǒng)的快速鈉離子流起作用，而A型電流在復極化階段起主要作用，持續(xù)鈉離子電流和慢鉀離子電流的影響較小。
　　 2.相平面法分析A型電流的膜動力學特性表明，有A型電流的模型電壓變

5、化較緩慢，沒有A型電流的模型電壓值迅速增大;有A型電流存在的相圖在模型電壓為20mV時出現(xiàn)復極化相，而沒有A型電流存在時在模型電壓為40mV時進入復極化階段。在V-t圖上，有A型電流的模型電壓持續(xù)了大約3.9ms，沒有A型電流的則為4.8ms。
　　 3.雙極矩形刺激波形優(yōu)化的仿真結果:陰極-間隔-陽極脈沖的閾值從0ms間隔的178.3μA/cm2變化到0.72ms間隔長度時的170.3uA/cm2。間隔長度為0.37ms時，閾

6、值為171uA/cm2，這已超過可能改進的最大程度的90％。陽極-間隔-陰極脈沖產生動作電位的幅度閾值為197.3μA/cm2。在長度1.7ms的間隔時，最低閾值為175.6μA/cm2。當間隔為1.2ms時，閾值為178.3μA/cm2，此時改進程度是可改進最大程度的87.5％。
　　 4.七種不同形狀刺激波形的仿真結果:指數(shù)增長和線性增長波形刺激在刺激開始后有一個緩慢的響應，矩形、高斯和正弦波形則不明顯，指數(shù)遞減和線性遞減波

7、形甚至在脈沖結束之前就完成了一個動作電位。
　　 研究結論:
　　 1.Oozeer視神經模型膜動力學特性的仿真結果表明，不同離子電流在動作電位形成過程中起不同作用。通過了解離子通道，可以為選擇性電刺激設計波形和控制神經纖維的響應提供仿真支持。
　　 2.A型鉀電流在動作電位的形成過程中有特殊的作用。它不但延遲動作電位而且使動作電位的持續(xù)時間縮短。當動作電位到達尖峰閾值時，減緩膜電位的上升。
　　 3.雙