不同刺激条件下的视神经多纤维模型仿真研究

发布时间：2017-10-29 13:17

  本文关键词：不同刺激条件下的视神经多纤维模型仿真研究

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【摘要】：目前通过视觉假体对盲人进行视觉功能修复是国际上的研究热点之一。视觉假体是一种可将图像信息处理、编码，通过微电极阵列对视觉神经系统进行电刺激，从而在视觉中枢产生人工视觉感知，恢复盲人视觉的一种人工器官。我们小组提出了一种采用刺入式微电极阵列对视神经纤维进行电刺激实现视觉修复的视神经视觉假体。 为了了解视神经纤维在电刺激下的响应规律，本研究采用数学建模的方法，在实验室前期工作建立的单根视神经纤维模型的基础上，建立了更为复杂的多视神经纤维在外部电场刺激下的响应模型，通过研究不同电刺激条件下外部电场改变对视神经纤维兴奋区域的影响，为视神经视觉假体电极的设计及电刺激参数的选择提供一定的理论依据。 本文主要包括以下三方面的内容：一、基于COMSOL Multiphysics有限元软件对刺激电极在视神经中产生的外部电场进行建模与仿真；二、利用NEURON软件建立视神经多纤维模型，并将COMSOL外部电场仿真结果输出到多纤维模型中，实现外部电场对视神经纤维的有效刺激；三、通过选择不同的电刺激波形、改变电极的几何结构，研究电刺激参数及电极几何结构对视神经纤维兴奋区域的影响。 本论文的创新点包括两个方面：一、以视神经的解剖结构和电生理特性为依据，建立了与实际相符的电极电刺激视神经的有限元模型；二、建立了视神经多纤维模型，从兴奋区域的大小与形状两个角度考虑外部电场的改变对视神经兴奋性的影响，为视神经视觉假体中微电流刺激方案的选择和刺激电极的设计提供理论指导。
【关键词】：视神经视觉假体 有限元建模 多纤维模型 电刺激 微电极
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R77;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 图录12-14
• 表录14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 视觉假体概述15-19
• 1.1.1 视网膜假体15-17
• 1.1.2 视皮层假体17
• 1.1.3 视神经假体17-19
• 1.2 视神经视觉假体的仿真研究19-20
• 1.2.1 研究意义19
• 1.2.2 研究现状19-20
• 1.3 本论文的研究内容20-22
• 第二章 基于 COMSOL 的刺激电极外部电场仿真22-33
• 2.1 COMSOL 有限元分析软件简介22
• 2.2 电极-视神经模型22-29
• 2.2.1 几何结构22-25
• 2.2.2 参数设置25-27
• 2.2.3 网格划分27-28
• 2.2.4 边界条件28-29
• 2.3 电场仿真结果29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 基于 NEURON 的视神经多纤维仿真模型33-44
• 3.1 单根视神经纤维模型33-40
• 3.1.2 双层电缆多室模型34-35
• 3.1.3 模型的几何划分35-36
• 3.1.4 离子通道及电学参数36-38
• 3.1.5 模型检验38-40
• 3.2 视神经多纤维模型40-41
• 3.3 COMSOL 与 NEURON 的结合41-42
• 3.4 基于 MATLAB 的软件平台42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 仿真结果44-67
• 4.1 兴奋区域44-45
• 4.2 刺激波形的选择对视神经兴奋性的影响45-50
• 4.2.1 负脉冲刺激与正脉冲刺激45-47
• 4.2.2 BP-C 刺激与 BP-A 刺激47-48
• 4.2.3 APS-C 刺激与 PPS-A 刺激48-50
• 4.3 刺激脉宽的改变对视神经兴奋性的影响50-52
• 4.4 电极几何结构的改变对视神经纤维兴奋性的影响52-64
• 4.4.1 电极的暴露面积不变，，改变电极的锥度52-55
• 4.4.2 电极锥度不变，改变电极的暴露面积55-58
• 4.4.3 电极的基部半径不变，改变电极的暴露长度58-61
• 4.4.4 电极的暴露长度不变，改变电极的基部半径61-64
• 4.5 负脉冲刺激视神经纤维的兴奋与阻断64-66
• 4.5.1 动作电位的产生、传播与阻断64-65
• 4.5.2 刺激强度对兴奋阻断的影响65-66
• 4.5.3 刺激脉宽对兴奋阻断的影响66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 结果讨论与分析67-72
• 5.1 模型的局限性与可行性67
• 5.2 刺激波形的选择67-69
• 5.3 刺激脉宽的选择69
• 5.4 刺激电极几何结构的设计69-70
• 5.5 动作电位阻断现象分析70-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 创新点73
• 6.3 研究展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间的学术成果80

【参考文献】

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1 孙静静;视神经和脉络膜上腔电刺激诱发视觉皮层响应的特性研究[D];上海交通大学;2012年

本文编号：1113140