基于JLCSG MOSFET的视网膜电图生物物理模型：整合视杆与双极细胞级联转导机制

为解决传统ERG模型忽略视杆与双极细胞离子通道生物物理过程的问题，研究人员提出了一种整合无结圆柱环绕栅极场效应管（JLCSG MOSFET）与视觉光转导机制的新型生物物理模型。该模型通过将环核苷酸门控（CNG）和TRPM1通道等效为JLCSG器件，实现了闪光强度50-400 Rh*/rod范围内ERG波形的高精度拟合（96.86%），并揭示了视网膜色素变性（RP）的病理参数变化，为疾病诊断提供了物理实现新思路。

　　

研究背景与意义
视网膜电图（ERG）是临床评估视网膜功能的核心工具，但传统模型长期依赖数学公式和等效电路，忽视了视杆细胞中环核苷酸门控（CNG）通道和双极细胞TRPM1通道的物理机制。这种“黑箱”建模导致参数缺乏生物学解释力，尤其在模拟高光强刺激时精度不足。更棘手的是，视网膜色素变性（RP）等疾病引发的离子通道异常难以通过传统模型量化。

山东科技大学与青岛大学附属医院的研究团队独辟蹊径，将半导体物理与神经生物学交叉融合，提出基于无结圆柱环绕栅极场效应管（JLCSG MOSFET）的生物物理模型。该成果发表于《Biomedical Signal Processing and Control》，首次实现将视觉光转导的蛋白质调控机制等效为场效应管的栅极电压控制，为生物-物理机制互译提供了范式。

关键技术方法
研究通过三个关键技术突破传统局限：1）建立视杆细胞CNG通道与双极细胞TRPM1通道的JLCSG MOSFET等效模型；2）改进Lamb-Pugh模型架构，引入级联反应叠加机制增强高光强拟合；3）利用临床RP患者ERG数据验证病理参数敏感性。实验数据涵盖50-400 Rh*/rod闪光强度下的正常与病变ERG记录。

研究结果
ERG model with superimposed rod and bipolar cell cascade reactions
通过将信使蛋白浓度映射为JLCSG MOSFET栅极电压，模型成功拟合视杆细胞光电流（Eq.1）与双极细胞响应叠加波形。相较Robson三阶低通滤波器模型，新架构在400 Rh*/rod下的均方根误差降低至0.0462，时间分辨率提升至0.8归一化单位。

Results and discussion
在50-400 Rh*/rod范围内，模型拟合精度达96.86%，较数学模型仅偏差1.05%。关键发现是RP患者的JLCSG等效参数（如栅氧层厚度ΔT_ox）出现显著偏移，这与临床观测的CNG通道功能退化高度吻合。图9-12显示模型能同步捕捉a波（光感受器响应）与b波（双极细胞响应）动力学特征。

Conclusions
该研究开创性地证明：1）JLCSG MOSFET可物理表征CNG/TRPM1通道的电荷输运行为；2）级联反应叠加机制突破高光强拟合瓶颈；3）RP相关参数变化为疾病生物标记物开发奠定基础。这种“以器件解构生命”的研究范式，为视网膜疾病诊断装备了可量化的物理标尺。

讨论与展望
作者指出，模型尚未纳入水平细胞反馈等复杂网络效应，未来可通过引入多栅极JLCSG阵列实现扩展。值得关注的是，该框架可推广至其他离子通道疾病建模，如将癫痫相关的钠通道等效为FinFET器件。这项跨学科研究不仅刷新了对ERG生成机制的认知，更开辟了生物机制物理建模的新赛道。