视觉假体是主要针对包括老年性黄斑变性和视网膜色素变性等视网膜退行性疾病所提出的视觉修复手段。在上述视网膜疾病中,神经节细胞等内层视网膜的神经元有着相对较高的存活率,可以通过视网膜上假体和视神经假体进行直接电刺激的方式使患者修复部分视觉功能。视觉假体在取得巨大进展的同时还存在视觉修复效果较差和视觉分辨率不足的等问题。由Fried等人提出一种通过一定的电刺激范式使视网膜神经节细胞产生精确时间放电的方法用以提高视觉假体的时间分辨率,但这种基于时间调控的策略还有进一步改进的空间。另外,神经电刺激主要分为同步刺激和异步刺激两种方式,同步刺激容易引起通道间的串扰,但在提高电刺激空间分辨率方面结合电流导向技术被广泛应用,即虚拟通道刺激策略;异步刺激避免了电极间电场的直接叠加作用,可以减少通道间的串扰,并在人工耳蜗领域被证实在一定程度上可以产生虚拟通道的效果,此外还具有使多个电极能够共享驱动源的技术优势,降低对硬件的要求,但在视觉假体中是否可以实现虚拟通道目前没有相关研究报道。本实验室动物实验表明在使用刺入式电极刺激视神经的过程中改变脉冲波形可以降低视皮层诱发电位的响应阈值,而其在视神经阶段的直接影响尚未可知。针对上述问题,本研究基于计算仿真模型开展了如下工作:对Fried等人提出的基于精确时间刺激,来调控神经节细胞放电的刺激策略进行改进,依据神经元在动作电位周期内兴奋性的改变,提出了基于幅度调制的刺激方法,将两者结合可以提高刺激的有效性。在提高空间分辨率的虚拟通道技术方面,从神经节细胞对电刺激的时间和空间响应特性出发,对比研究了基于同步和异步刺激的虚拟通道响应的异同,研究发现相对于异步刺激而言,同步刺激结合电流导向技术更有利于形成聚焦性较好、调控范围更大的虚拟通道效果,但是其效果也受到电极参数的影响;而异步刺激在一定程度上也具有形成虚拟通道的能力;与相关生理学研究一致,神经节细胞在被直接激活的情况下具有较好的时间跟随性;同步、异步刺激下神经元群体响应的空间特性是电流配比α值和刺激强度共同调控的结果;同步刺激下神经节细胞响应的平均潜伏期也受到电流导向作用以及刺激强度的影响;同时,在异步刺激方式下,神经节细胞的响应还与电极间刺激的时间间隔有关,理论上能产生不同于同步刺激的、多样化的放电模式,丰富患者的视觉感知;不同刺激条件下视神经纤维的响应受到刺激波形以及参数的影响,六种常用双相方波脉冲引起神经纤维兴奋的能力由弱到强依次为:APS-A<PPS-C<BP-A<BP-C<PPS-A<APS-C。本研究将为在未来提高视觉假体的时空分辨率以及刺激策略设计方面提供理论研究基础。