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基于光学成像的经角膜电刺激视网膜诱发视觉通路响应特性研究
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【摘要】：人类从外界环境获取的信息绝大部分来自于视觉感知,作为最重要的感觉系统,视觉传导通路中任意位置发生结构性或功能性损伤都会造成视力受损甚至失明。神经电刺激作为一种近些年迅速发展的治疗策略,针对一些常规药物手术治疗无法起效的疾病,有着十分显著的治疗效果。在人工视觉修复的研究领域中,特别是对于不可治愈性的视网膜退化疾病,侵入式(有创)视网膜电刺激(即视网膜假体)效果显著,已经取得了长足的进步和发展。同时无创的视网膜电刺激也被证实具有神经保护作用,在治疗视觉系统疾病以及评估患者视觉通路功能等方面也得到广泛关注。虽然电刺激视网膜能够引起人工视觉感知,但是与正常视觉刺激诱发响应相比,仍然存在许多不同之处。系统客观的比较这两种刺激在视觉系统中诱发响应的异同能够进一步帮助理解其中的神经机制,然而目前类似的研究尚不够充分。因此本研究围绕这一系列问题,基于光学成像技术,采用无创的经角膜电刺激(Transcorneal Electrical Stimulation,TES),开展动物(猫)在体实验研究,研究TES诱发视觉通路(视觉皮层及视网膜)响应的时空特性,比较其与视觉刺激诱发响应的异同,探讨潜在的神经机制。电刺激视网膜是否能够在视觉皮层诱发与正常光刺激相似的皮层响应,视觉系统在处理正常视觉信息和外源性电刺激的过程中存在哪些差异,直接比较这两种刺激引起皮层响应的时空模式可以直观地帮助探究这些问题。本研究采用无创的TES方式,可以在不损伤视觉通路的前提下与视觉刺激直接比较,基于内源信号光学成像技术,记录了不同参数的两种刺激在视觉皮层诱发的响应,通过比较两种刺激诱发皮层响应的时空模式,分析推断视觉系统在处理视网膜电刺激的过程中可能存在的神经机制。结果表明:TES与视觉刺激诱发的皮层响应峰值时间无明显差异,但TES诱发响应的延迟期更短;与全视野视觉刺激相比,当电流强度大于1.2 mA时,TES在18区诱发的响应更强;视觉刺激诱发的皮层响应存在视网膜拓扑映射关系,而TES优先激活视觉皮层18区,当刺激强度大于3.6 mA时17区神经元才被激活;TES激活17区的电流强度明显高于18区的激活阈值电流。考虑到TES诱发响应在17/18区边界的变化规律,我们推测TES在视觉皮层引起的响应不仅与刺激电流在视网膜处形成的电场分布有关,还会受到不同视网膜神经元之间电刺激激活阈值差异的影响。本研究通过比较两种刺激诱发皮层响应的异同,分析探讨了视觉系统在处理外源性电刺激时可能存在的神经机制,同时也为TES临床应用提供了一些实验理论支持。视网膜是一种具有多层结构的复杂神经组织,不同层视网膜细胞的电刺激响应特性存在差异,目前电刺激诱发视网膜响应的具体规律仍不清楚,因此探索电刺激引起不同层视网膜细胞的响应对于研究电刺激激活视网膜细胞的神经机制十分重要。但是由于电刺激伪迹的干扰,之前的研究多是采用电生理方法记录离体视网膜细胞响应,或在体记录后端视觉通路响应间接反映视网膜细胞的响应。本研究首次将光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)应用在电刺激视网膜响应的研究,利用其优良的轴向分辨率,并使用不阻挡成像光路的TES作为刺激方式,研究电刺激诱发视网膜不同层细胞响应的时空模式,同时比较视觉刺激与电刺激诱发视网膜响应的异同。结果表明:在分割的三层视网膜(内层视网膜、外层视网膜和视网膜下腔)中,TES均能够引起显著的正负两相内源性光学散射信号(Intrinsic Optical Signals,IOSs),外层视网膜响应最弱;刺激强度与IOSs具有正相关性,但并不显著;TES在三层视网膜引起响应的潜伏期均短于85 ms,响应上升时间随着刺激强度的增大而变长;通过比较神经阻断剂抑制视网膜细胞神经活动前后TES诱发IOSs,我们认为OCT记录到的IOSs主要来源于视网膜神经活动;比较视觉刺激与电刺激诱发视网膜响应的时间特性,发现视觉刺激诱发的IOSs在刺激开始后立刻产生并持续增加,直至刺激结束后几百毫秒才开始减弱,而TES诱发的IOSs在刺激开始时立刻出现并很快达到峰值,然后一直保持在相对稳定的水平,直到刺激结束后才开始缓慢减弱,所以我们认为电刺激诱发的IOSs是一种与刺激电场高度同步的响应。该部分研究结果进一步帮助理解电刺激诱发视网膜响应的时空模式及潜在的神经机制。本文利用光学成像技术研究了经角膜电刺激诱发视觉皮层和视网膜的具体响应模式和时空特性,并与视觉刺激诱发的响应进行比较。研究结果探索了电刺激诱发视觉通路响应潜在的神经机制,为电刺激视网膜在视觉功能修复及视觉系统疾病治疗方面提供实验基础,有助于非侵入式经角膜电刺激在临床视觉系统疾病治疗及视觉通路功能评估等领域的应用。【分类号】：R774.11 张宇晶;刘露;许伟;;植入式视网膜电刺激系统的应用进展及注册审评考虑[J];中国医疗设备;2019年09期2 艾静;刘瑶;陈平圣;栾洁;朱茂丽;;bFGF对兔视网膜Mller细胞表达VEGF的影响[J];眼科研究;2007年10期3 ;仿生视网膜让盲者看到光明[J];光学仪器;2003年03期4 曹晗煜;杜婷;孙中毅;王建业;曹霞;马林昆;;应用光学相干层析成像技术观察阿尔茨海默病患者视网膜变化的研究进展[J];中国眼耳鼻喉科杂志;2020年02期5 曾曦;;《视网膜·16》[J];美术学报;2018年06期6 曾曦;;《视网膜·1》(局部)[J];美术学报;2018年06期7 王丽萍;赵曦泉;;360度视网膜切开联合剥除视网膜增殖膜治疗复杂性视网膜脱离的临床分析[J];临床医学研究与实践;2017年15期8 刘艳珍;孟祥峰;李宁;任海萍;;医疗器械非相干光辐射视网膜热危害研究[J];中国医疗设备;2017年09期9 陈岭;席盈;;硅视网膜[J];高技术通讯;1991年09期10 杨婧研;由冰;王倩;曾司彦;魏文斌;;正常人群视网膜血氧饱和度的测量[J];眼科;2016年05期
