使用眼外时间干涉刺激电极阵列实现低侵入性大视野视网膜调制

《Cognitive Neurodynamics》：Low-invasive large-field retinal modulation using an extraocular temporal interference stimulation electrode array

　　

摘要

视网膜假体可通过电刺激存活的视网膜神经元，为视网膜退行性病变患者恢复基本的视觉感知。传统的植入式系统需要植入眼内电极阵列，涉及复杂的手术程序和高侵入性。时间干扰刺激（TIS）通过在刺激通道间输送频率略有差异的千赫兹电流（每个通道由一个刺激电极和一个回流电极组成），实现非侵入性和聚焦的深部脑刺激。我们的研究团队率先提出了一种利用TIS的空间选择性眼外视网膜电刺激和调节方法。在本研究中，我们设计了一种基于TIS的低侵入性眼外电极阵列，用于大规模、空间选择性的视网膜神经节细胞（RGC）调节。该阵列由置于后巩膜上的刺激电极阵列和置于角膜上的回流电极阵列组成。我们利用基于仿真的建模优化了刺激通道数量和电极配置，以提高空间选择性。优化后的电极阵列在6×6毫米的视网膜区域内产生了汇聚的RGC激活，被激活的RGC感受野质心与相应的刺激电极紧密对齐。通过调整刺激强度，在不同视网膜位置实现了稳定的激活区域。此外，通过利用虚拟通道调制，创造了额外的激活位点，从而在不增加物理电极数量的情况下提高了理论空间选择性。这些结果表明，利用眼外TIS实现低侵入性、大视野、空间选择性的视网膜神经调节是可行的，并为未来的视网膜假体和治疗应用提供了理论基础。