视网膜退行性疾病中视觉皮层激活的优化：电刺激参数在视网膜退化大鼠模型中的关键作用

本研究针对视网膜退行性疾病（如视网膜色素变性和年龄相关性黄斑变性）患者视觉恢复的临床需求，通过优化视网膜假体的电刺激参数（包括相位持续时间、频率和相位间间隔），系统评估了其对健康Long-Evans大鼠和视网膜退化F1大鼠视觉皮层电诱发电位（EEPs）的影响。研究发现，短相位持续时间（500 μs）可降低激活阈值，而高频刺激（10-20 Hz）会显著减弱皮层响应，长相位持续时间（1000-1500 μs）和相位间间隔（IPI）则能限制皮层激活范围。该研究为视网膜假体的高效低功耗设计提供了关键参数优化策略，发表于《Scientific Reports》。

　　

视网膜退行性疾病如视网膜色素变性（RP）和年龄相关性黄斑变性（AMD）会导致不可逆的视力丧失，而视网膜假体通过电刺激幸存的内层视网膜神经元，为患者提供了恢复部分视觉功能的希望。然而，现有假体仍面临分辨率低、功耗高和刺激效率不足等问题。如何优化电刺激参数以平衡激活效果与能量消耗，成为该领域的关键挑战。

香港城市大学电气工程系的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究。他们通过对比健康Long-Evans（LE）大鼠和视网膜退化S334ter-line-3（F1）大鼠模型，系统探究了相位持续时间（200-1500 μs）、频率（1-20 Hz）和相位间间隔（IPI，0-1500 μs）对视觉皮层电诱发电位（EEPs）的影响。研究发现，短相位持续时间（500 μs）可将激活电荷阈值降低至38.47±5.67 nC（LE组）和80.78±8.50 nC（F1组），而高频刺激（20 Hz）会使皮层响应幅度下降90%以上。更值得注意的是，长相位持续时间（1500 μs）和IPI（1500 μs）能将皮层激活范围分别缩小26%和28%，这为精准控制光幻视（phosphene）形态提供了新思路。

研究采用四项关键技术：1）在体视网膜电刺激结合阻抗实时监测（8 kΩ对应电极-视网膜距离370 μm）；2）16通道微电极阵列记录初级视觉皮层（V1）局部场电位（LFP）；3）电荷平衡双相电流脉冲（10-200 μA）参数化刺激；4）基于空间激活比例（激活面积/总面积）的二维热图分析。

刺激参数对阈值的影响

通过拟合S型曲线确定50%最大响应（P₅₀）阈值，发现F1组的电流阈值（161.56±17.00 μA）显著高于LE组（76.94±11.33 μA），但该差异随频率升高而减弱。电荷阈值在500 μs时最低，延长相位持续时间会显著增加电荷需求（p<0.05）。

空间激活特性

短相位持续时间（500 μs）在200 μA刺激下可激活100%皮层区域，而1500 μs时激活比例降至74±9%（LE组）。引入IPI后，激活比例从100%降至72±9%（1500 μs IPI），表明IPI能有效限制激活扩散。

频率依赖性抑制

在相同电荷注入（300 nC）下，1 Hz刺激诱发的响应幅度（599.37±111.50 μV）比20 Hz（63.28±17.25 μV）高9倍，提示高频刺激可能导致视网膜神经节细胞（RGCs）脱敏或神经适应性。

这项研究首次在视网膜退化模型中证实：短相位刺激可降低能耗，而长相位和IPI能提高空间选择性。该发现为设计新一代视网膜假体提供了三大指导原则：1）采用500 μs相位持续时间实现低阈值激活；2）避免超过10 Hz的高频刺激以防止响应衰减；3）利用IPI优化光幻视空间定位。这些策略有望解决临床中常见的"拉长光斑"问题，并为其他神经假体（如人工耳蜗）的参数设计提供借鉴。

值得注意的是，研究也揭示了视网膜退化对低频刺激敏感性的特异性影响，这可能是由于内层视网膜神经元重构导致的。未来研究可进一步探索IPI与更长相位（>1500 μs）的组合效应，以及高频抑制的分子机制。该成果标志着视网膜假体从"能否激活"向"如何精准激活"的重要转变，为视觉修复的临床转化奠定了参数优化基础。