建模用于脑机接口的电气神经刺激

本研报旨在利用生物物理模型研究多电极刺激策略在视网膜植入物中的应用，并验证一种基于生物物理原理的多电极刺激策略的益处。

首先，研报提出了一种能够模拟单个视网膜神经节细胞（RGC）电激活的单电极生物物理模型。该模型利用了先前研究中获得的主动膜特性，并使用高密度微电极阵列（MEA）的电气刺激和记录数据进行了校准。模型成功地再现了关键趋势，包括RGC响应随电流变化的S型曲线（激活阈值在1-4μA之间）、不同RGC部位记录的尖峰的不同的双相和三相电压波形，以及记录的尖峰活动的空间分布，经验数据和模型数据之间的平均相关系数为0.82。

其次，研报对使用两个或三个电极进行多电极刺激进行了建模。模型正确地再现了RGC对多电极刺激的非线性响应，以及来自多个电极的电流线性组合驱动RGC响应的情况。研究表明，电极与目标RGC的距离和方向预测了结果的线性，这些发现与实验数据中的趋势一致。

最后，研报基于建模见解设计了利用线性响应并避免非线性响应的多电极刺激策略。其中一种策略是用于避免轴突刺激的双电极刺激，在实验中进行了测试，结果显示，平均而言，目标RGC阈值降低了约21%，非目标通过轴突的阈值提高了约14%，选择性提高了1.44倍。此外，模拟预测与传统单电极方法相比，多电极策略的灵敏度可以提高高达3倍。