1、项目名称： 视觉功能修复的基础理论与关键科学问题首席科学家： 任秋实 上海交通大学起止年限： 2005.12至 2010.11依托部门： 上海市科委 教育部一、研究内容1、 拟 解 决 的 关 键 科 学 问 题针 对 人 民 健 康 、国 家 经 济 和 社 会 发 展 的 需 要 ，针 对 科 学 研 究 的 基 本 问 题 ，本 项目 提 出 “视 觉 功 能 修 复 的 基 础 理 论 与 关 键 科 学 问 题 ”，围 绕 视 觉 功 能 修 复 这 一 前 沿重 大 科 学 问 题 ，采 用 多 学 科 交 叉 、综 合 的 研 究 方 法 ，拟 解 决 以 下 关 键 科 学 问
2、 题 ：1） 在 神 经 科 学 方 面 ， 视 网 膜 神 经 节 细 胞 编 码 的 基 础 理 论 研 究 ：视 网 膜 神 经 信号 处 理 及 信 息 编 码 是 视 觉 功 能 修 复 的 基 础 理 论 问 题 ，是 视 觉 假 体 工 作 机 理 的 生 物学 基 础 。基本的问题是模式化 电刺激激活模式化的神经元活动，而这些模式化的神经元活动产生视觉和精神活动的。眼接受到的视觉信息很多，较为重要的视觉特征如亮度和颜色是在视网膜的神经节细胞编码，以动作电位形式经视神经传递给大脑。当我 们在视觉假体中人工刺激神 经， 诱发动 作电位，期望 产生有意义的视觉时，解决 这些细胞如何
3、编码信息是关键问题。2） 在 信 息 科 学 方 面 ， 研 究 视 网 膜 神 经 网 络 信 息 处 理 方 法 ： 直 接 刺 激 视 神 经 ，旁 路 了 具 有 信 息 处 理 的 视 网 膜 ，这 样 就 要 人 工 实 现 视 网 膜 本 身 的 处 理 功 能 。视 网膜 的 输 入 是 自 然 景 观 ，输 入 信 号 均 十 分 复 杂 。采 用 常 规 的 信 息 科 学 手 段 如 图 像 分割 、特 征 提 取 、图 像 理 解 、噪 声 滤 除 等 手 段 ，即 使 利 用 高 性 能 的 计 算 机 ，也 难 以 实现 输 入 图 像 到 神 经 编 码 模 式
4、的 实 时 转 换 。为 此 建 立 视 网 膜 神 经 网 络 复 杂 信 息 处 理过 程 的 仿 生 方 法 。3） 在 生 物 物 理 方 面 ， 微 电 极 阵 列 作 用 视 神 经 束 的 基 础 理 论 ： 视 神 经 是 以 动作 电 位 形 式 传 递 信 息 的 ，因 此 ，在 给 定 刺 激 下 ，有 诱 发 动 作 电 位 的 最 小 的 刺 激 电 流即 阈 值 。目 前 的 研 究 都 是 基 于 实 验 ，不 能 了 解 刺 激 脉 冲 幅 度 ，波 形 ，极 性 对 视 神 经响 应 的 影 响 。由 于 是 植 入 体 ，从 降 低 功 耗 的 角 度 ，选
5、 择 接 近 阈 值 的 电 流 幅 值 也 是 必要 的 。视 神 经 有 百 万 根 ，如 何 实 现 聚 焦 的 选 择 性 刺 激 和 确 定 电 极 数 量 是 微 电 极 阵列 作 用 于 视 神 经 束 基 础 理 论 主 要 研 究 内 容 。4） 在 材 料 科 学 方 面 ， 视 觉 假 体 的 微 光 机 电 系 统 及 生 物 相 容 性 问 题 研 究 ： 视觉 假 体 是 微 小 尺 寸 的 植 入 体 ，集 光 、机 、电 技 术 于 一 体 完 成 从 光 电 转 换 、信 息 处 理到 视 神 经 刺 激 等 一 系 列 的 功 能 。研 究 的 问 题 包
6、括 建 立 光 电 耦 合 器 件 、视 觉 信 号 处理 单 元 、刺 激 器 之 间 高 效 的 信 息 传 输 ；实 现 视 觉 假 体 无 线 控 制 与 供 能 ；发 展 视 觉 假体 制 造 的 全 新 工 艺 。只 有 解 决 这 一 关 键 问 题 ，才 能 建 立 起 真 正 有 效 的 视 觉 假 体 ，植入 人 体 ，修 复 视 觉 功 能 。生 物 相 容 性 是 视 觉 假 体 最 终 植 入 生 物 体 必 须 解 决 的 问 题 。视 觉 假 体 封 装 材 料与 微 电 极 阵 列 直 接 与 视 神 经 细 胞 接 触 ，这 些 材 料 对 所 接 触 组 织
7、 及 其 周 围 环 境 产 生的 生 化 、电 磁 、热 等 作 用 干 扰 了 细 胞 的 正 常 生 理 环 境 和 功 能 。降 低 长 时 间 植 入 生 物体 后 封 装 与 电 极 涂 层 材 料 可 能 引 起 的 生 物 毒 性 ，提 高 电 极 在 细 胞 内 外 溶 解 液 环 境下 的 耐 腐 蚀 性 ，并 保 持 良 好 的 导 电 性 能 ，同 时 维 持 假 体 的 固 定 ，不 得 不 研 究 微 纳 米尺 度 下 电 极 的 表 面 生 物 学 问 题 ，即 本 项 目 拟 解 决 的 第 三 个 关 键 科 学 问 题 。该 问 题的 解 决 最 终 为 视
8、 觉 假 体 的 封 装 、电 极 及 其 涂 层 提 供 生 物 相 容 性 材 料 。2、 主 要 研 究 内 容围 绕 视 觉 功 能 修 复 这 一 问 题 ，本 项 目 进 行 相 关 信 息 科 学 、材 料 科 学 、神 经 科 学和 临 床 医 学 的 基 础 理 论 研 究 ，为 视 觉 功 能 修 复 解 决 微 光 学 、微 电 子 、信 息 处 理 、临床 手 术 等 关 键 技 术 问 题 ，研 究 内 容 涉 及 视 觉 过 程 的 各 个 组 成 部 分 。1） 探 索 视 觉 假 体 相 关 的 视 觉 神 经 编 码 规 律研 究 视 觉 神 经 信 号 处
9、理 与 神 经 信 息 编 码 的 机 制 ，探 讨 单 个 神 经 节 细 胞 、神 经节 细 胞 群 在 不 同 刺 激 条 件 下 的 脉 冲 时 序 信 号 和 协 同 作 用 模 式 。通 过 建 立 动 物 模 型 、临 床 实 验 模 型 ，研 究 视 网 膜 、视 神 经 不 同 模 式 电 刺 激 诱 发 的 视 皮 层 反 应 、视 觉 反 应 、视 行 为 变 化 ，深 入 探 索 视 觉 感 知 的 电 生 理 基 础 。2） 视网膜视觉信号处理机制及仿生模型的建立基于视神经节细胞感受野特性建立视神经节细胞的感受野滤波器。每一个感受野滤波器对应一个要刺激的视神经，由许多
10、感受野滤波器形成自适应神经网络。感受野滤波器的参数 对常见的多种视神经节在生理范围内连续可调。通过建立视网膜视觉信息处理的模型将多输入的视觉信息动态自适应地非线性映射到视神经刺激驱动脉冲阵列。 实 现 图 像 到 视 神 经 元 群 体 脉 冲 刺 激 模 式 的 实 时 、稳健 、并 具 有 自 学 习 特 点 的 转 换 和 视 觉 功 能 修 复 中 的 视 觉 神 经 信 息 处 理 功 能 。3） 建 立 视 觉 假 体 与 生 物 体 之 间 相 容 的 和 谐 接 口研 究 假 体 封 装 、微 电 极 阵 列 及 其 涂 层 材 料 的 生 物 相 容 性 ，分 析 各 种 涂
11、 层 材 料 、电 极 形 状 对 植 入 位 点 周 围 接 触 、非 接 触 的 生 物 体 组 织 、细 胞 在 生 化 、电 磁 、热 等 方面 的 影 响 ，进 而 研 究 合 适 的 封 装 、电 极 及 涂 层 材 料 ，降 低 由 此 引 起 的 生 物 毒 性 、免疫 排 斥 及 腐 蚀 等 负 面 效 应 ，建 立 起 视 觉 假 体 与 生 物 体 之 间 和 谐 的 物 质 接 口 。4） 进 行 视 觉 功 能 修 复 相 关 的 信 息 科 学 研 究眼 与 大 脑 皮 层 之 间 进 行 信 息 交 换 是 视 觉 功 能 正 常 的 基 础 。视 觉 系 统 某
12、 些 部 分缺 陷 而 引 起 视 觉 功 能 损 伤 ，正 是 缘 于 其 信 息 交 换 不 能 正 常 进 行 。本 项 目 研 究 生 物微 光 机 电 系 统 ，重 建 视 觉 信 息 的 获 取 、处 理 与 视 神 经 信 号 的 生 成 途 径 ，重 建 起 与 生物 体 视 皮 层 之 间 信 息 交 换 ，从 而 修 复 视 觉 。研 究 空 间 微 小 尺 寸 下 白 光 处 理 的 光 学基 础 理 论 ，探 索 在 微 小 尺 寸 下 综 合 二 元 光 学 、自 适 应 光 学 与 传 统 光 学 成 像 理 论 ，实现 自 适 应 屈 光 成 像 系 统 的 方
13、法 ；选 择 硬 件 可 实 现 的 人 工 神 经 网 络 ，模 拟 视 网 膜 神 经网 络 复 杂 的 信 息 处 理 过 程 ，实 现 视 觉 假 体 从 数 字 图 像 空 间 到 信 息 编 码 空 间 并 行 、快 速 、自 学 习 及 高 鲁 棒 性 的 拓 扑 变 换 ，从 而 产 生 有 效 的 刺 激 模 式 ；研 究 具 有 较 高 信号 处 理 及 传 输 速 度 、低 功 耗 、高 集 成 的 信 息 传 输 手 段 与 高 效 能 量 传 输 手 段 ；针 对 视神 经 刺 激 的 要 求 ，研 究 新 型 微 电 极 刺 激 阵 列 ，提 高 电 极 密 度 ，
14、研 究 高 性 能 数 模 转 换模 块 ，实 现 智 能 化 的 微 电 极 阵 列 刺 激 器 。5） 基 于 视 神 经 刺 激 视 觉 假 体 的 电 刺 激 理 论 与 建 模本 研 究 主 要 是 给 电 刺 激 视 神 经 的 实 验 和 仪 器 实 现 提 供 理 论 支 持 。内 容 包 括 建立能够描述刺激电极几何形状的模型；建立包括视神经组织体积导体模型（或组织电特性对电刺激的影响）；利用神经动力学建模理论，建立一种新的神经模型，膜的电特性采用最新的生理实验数据成果，并考虑神经元的形态包括分支结构；数值计算电刺激作用下所建立的神经模型的响应。分析各种电脉冲参数对视神经刺激
15、点分布影响，确定电 刺激阈值和选择性刺激的电脉冲极性和刺激方向。建立基于视神经刺激的电极模式刺激仿真系统，确立心理物理实验所需求的最佳电极数目。利用建立的组织 模型计算刺激器使用时温度场的分布；利用神经模型，改变膜特性，了解视神经节细 胞的编码机制。6） 研 究 实 现 视 觉 功 能 修 复 的 视 觉 假 体 原 型 ， 开 展 临 床 实 验 研 究基于动物模型及其视觉电生理学、视觉行为学研究和理论预测，确定视神经不同部位电诱发阈值、动态 范围，研究 动物试验手术 与人体临床视觉假体植入的手术方案，使视觉假体最终 得以临床应用。建立相关理论的验证方法， 发展先进测试手段，通过视觉反应、视
16、觉 行为学研究，建立 视觉 假体的主、客观评估方案。二、预期目标1、 总 体 目 标根 据 我 国 政 府 “帮 助 残 疾 人 康 复 ”的 “十 五 计 划 ”，按 照 国 家 发 改 委 贯 彻 落 实 “十五 ”高 技 术 产 业 发 展 规 划 ，加 快 生 物 医 学 工 程 产 业 发 展 的 要 求 ，针 对 与 人 民 健 康 息息 相 关 的 医 疗 康 复 问 题 ，把 握 我 国 经 济 发 展 、技 术 发 展 的 大 好 机 遇 ，我 们 提 出 本 项目 视 觉 功 能 修 复 的 基 础 理 论 与 关 键 科 学 问 题 研 究 ，旨 在 相 关 基 础 科
17、学 的 研 究 上取 得 突 破 ，获 得 源 头 创 新 ，并 为 国 民 经 济 、社 会 发 展 解 决 重 大 基 础 问 题 。本 项 目 围 绕 视 觉 功 能 修 复 所 涉 及 的 基 本 科 学 问 题 ，探 索 真 实 世 界 物 理 空 间 与信 息 空 间 的 关 系 ，信 息 空 间 与 器 官 功 能 、人 体 视 觉 的 关 系 ，为 视 觉 功 能 修 复 提 供 理论 基 础 和 生 物 学 模 型 。本 项 目 拟 深 入 探 索 视 觉 机 理 ，寻 找 视 觉 信 息 处 理 、编 码 与 传输 规 律 。在 视 觉 信 号 的 并 行 数 字 化 处
18、理 、适 于 植 入 的 生 物 微 光 机 电 系 统 假 体 ，无 线射 频 、微 电 子 芯 片 设 计 等 方 面 获 得 重 大 技 术 突 破 ，建 立 视 觉 人 工 植 入 体 的 研 究 、临床 试 验 、测 试 评 估 平 台 。动 物 模 型 与 临 床 实 验 的 结 果 为 以 上 基 础 理 论 、关 键 科 学 问题 的 突 破 提 供 验 证 。项 目 的 完 成 将 为 盲 人 复 明 这 一 具 有 挑 战 性 的 科 学 前 沿 问 题 提供 解 决 方 案 ，给 定 模 式 的 刺 激 产 生 模 式 化 的 视 觉 ，刺 激 残 余 的 视 觉 结 构
19、 ，完 全 丧 失感 觉 的 盲 人 可 以 产 生 视 觉 ，有 能 力 完 成 面 部 识 别 和 陌 生 环 境 中 行 走 ，为 人 民 健 康提 供 保 障 。2、 五 年 预 期 目 标1）对解决国家重大需求的预期贡献 视 觉 假 体 研 究 ：参 与 我 国 在 这 一 领 域 研 究 的 国 际 竞 争 ，五 年 内 ，我 们 完 成 视觉 功 能 修 复 假 体 的 人 体 植 入 体 所 涉 及 的 相 关 基 础 问 题 的 研 究 ，研 制 出 视 觉 假体 ，并 进 行 初 步 植 入 人 体 实 验 ，对 视 网 膜 色 素 变 性 、老 年 黄 斑 变 性 等 视
20、 网 膜损 伤 导 致 的 视 觉 功 能 缺 陷 取 得 显 著 的 视 觉 修 复 效 果 。 以 视 觉 修 复 植 入 体 研 发 为 载 体 建 立 高 端 智 能 化 医 学 仪 器 研 发 的 模 式 和 平 台 ：跟 踪 性 的 医 学 仪 器 研 发 是 从 仪 器 开 始 ，根 据 国 外 以 商 品 化 的 仪 器 再 反 复 设 计和 实 验 验 证 ；本 项 目 的 视 觉 假 体 研 究 面 向 对 象 ，建 立 视 神 经 刺 激 的 模 型 开 始 ，基 于 生 理 ，心 理 物 理 仿 真 确 定 设 计 的 理 论 依 据 ，而 且 研 究 过 程 同 时
21、建 立 测 试及 临 床 评 估 平 台 ，这 为 我 国 高 端 智 能 化 人 工 器 官 研 究 提 供 面 向 对 象 的 创 新 设计 模 式 。 推 动 生 物 医 学 工 程 学 科 发 展 ： 我 国 生 物 医 学 工 程 学 科 在 发 展 过 程 中 ，是 以 电子 学 为 基 础 。生 物 医 学 工 程 是 一 个 多 学 科 交 叉 学 科 ，需 要 与 其 它 学 科 不 断 融合 。本 项 目 以 视 觉 功 能 修 复 为 核 心 任 务 ，通 过 信 息 、材 料 、健 康 多 学 科 交 叉 研究 ，会 推 动 信 息 （电 子 、光 学 ）、材 料 、神
22、 经 生 物 学 、临 床 眼 科 学 的 学 科 在 生 物医 学 工 程 学 科 的 应 用 ，有 利 于 获 得 源 头 性 创 新 成 果 ，并 形 成 机 脑 接 口 ，Biomems 等 新 的 研 究 方 向 ，增 强 在 生 物 医 学 工 程 领 域 的 国 际 竞 争 力 ，从 理 论与 技 术 上 同 时 为 其 它 人 工 器 官 的 研 发 提 供 参 考 知 识 。同 时 大 大 提 升 我 国 科 研团 队 创 新 能 力 、协 作 能 力 。2）在理论、方法、技术等方面预期取得的进展、突破及其科学价值在 实 现 视 觉 假 体 的 目 标 进 展 的 过 程 中
23、 ，我 们 将 揭 示 视 觉 神 经 信 息 处 理 、编 码传 输 新 规 律 ，在 材 料 、微 电 子 、信 号 处 理 等 技 术 上 取 得 突 破 ，在 理 论 、技 术 应 用 、临床 验 证 等 研 究 中 取 得 重 要 成 果 ： 视 觉 理 论 、 视 觉 信 息 编 码 的 突 破 ： 基 于 视 网 膜 神 经 信 息 编 码 与 传 输 的 基 础研 究 ，建 立 复 杂 视 觉 刺 激 模 式 下 ，视 网 膜 神 经 节 细 胞 群 体 编 码 模 式 。 视 觉 信 号 处 理 方 面 ： 视 网 膜 本 身 是 一 个 生 物 并 行 计 算 机 ，传 统
24、 的 视 网 膜 计 算模 型 都 是 线 性 多 层 计 算 模 式 ，基 于 视 觉 假 体 的 研 究 我 们 在 视 网 膜 计 算 的 非 线性 和 实 时 性 有 所 突 破 。 视 神 经 的 电 刺 激 理 论 与 建 模 方 面 ： 建 立 从 激 励 ，组 织 ，神 经 纤 维 的 视 神 经 模型 。通 过 改 变 激 励 参 数 ，确 定 刺 激 的 阈 值 电 流 ；通 过 分 析 组 织 模 型 ，可 以 计 算假 体 使 用 过 程 中 的 电 场 分 布 ，定 位 刺 激 点 与 温 度 分 布 。 关 键 微 光 机 电 技 术 、 临 床 手 术 技 术 的
25、 突 破 ： 在 微 光 学 系 统 仿 生 屈 光 成 像 系统 、微 电 子 系 统 仿 生 视 网 膜 信 息 处 理 、编 码 与 电 脉 冲 生 成 、无 线 视 频 技 术 仿生 神 经 信 息 与 能 量 传 输 上 取 得 重 要 创 新 ，研 究 出 具 有 自 主 知 识 产 权 的 视 觉 假体 ，并 在 人 体 成 功 植 入 。 技术平台建设：通过本项目的研究，要初步建 设 两个技术平台，即 “视觉信息编码和视觉计算技术平台”与“ 仿生微电子系统（Biomimetic MicroElectronic Systems）技术平台”新一代医学 仪 器的研究基地， 为国内相关
26、院、校之间的长期稳定合作与国 际合作研究创造优越条件。3）优秀人才培养培 养 高 水 平 学 术 人 才 ：形 成 一 支 思 维 活 跃 、创 新 能 力 强 的 基 础 研 究 队 伍 ，造 就一 批 在 国 内 外 相 关 领 域 有 影 响 力 ，能 与 国 际 同 行 学 术 交 流 自 如 的 学 术 带 头 人 ；培 养博 士 、硕 士 200 人 ；五 年 内 发 表 SCI、EI 收 录 学 术 论 文 200 篇 以 上 ，力 争 在 Nature或 Science 上 发 表 论 文 1-2 篇 ， 出 版 专 著 5 本 以 上 ，申 请 专 利 20 项 以 上 ，争
27、 取 取得 国 家 自 然 科 学 奖 。三、研究方案1、 学术思路本项目以修复盲人视觉功能为目标，以修复视觉功能的视觉假体为研究对象，在视觉 机理与信息编码 、视网膜神经元网络信号 处理与视觉计算、基于 视神经刺激的视觉假体理论建模和设计、生物相容性材料、生物微电子器件等方面做出原创性成果；应用这些理论方法，进行源头创新，开发具有我国自主知识产权和国际先进水平的、能使盲人产生有效视觉的人工器官，并在临床实验中得到应用。在与 视 觉 功 能 修 复 相 关 的 科 学 与 技 术 上 ，我 国 科 研 已 有 相 当 的 研 究 基 础 ，但是 研 究 力 量 分 散 ，没 有 针 对 明 确
28、 、具 体 的 任 务 目 标 ，创 新 能 力 未 得 到 充 分 发 挥 ，在相 关 领 域 因 而 未 能 产 生 具 有 重 大 理 论 意 义 和 应 用 价 值 的 国 际 领 先 成 果 。在 视 觉 功能 修 复 的 核 心 任 务 带 动 下 ，以 研 制 视 觉 功 能 修 复 人 工 植 入 体 为 具 体 目 标 ，本 项 目组 织 信 息 科 学 （微 光 学 、微 电 子 、图 像 与 信 息 处 理 传 输 ）、材 料 科 学 和 微 电 子 学 （生物 材 料 、微 电 子 器 件 设 计 与 制 造 ）、生 物 学 （视 觉 神 经 生 物 学 、神 经 信
29、息 学 ）、和 临 床医 学 （眼 科 学 ）等 优 势 力 量 ，开 展 多 学 科 交 叉 （见 图 1），在 高 端 智 能 化 人 工 器 官 的 研究 上 拟 取 得 重 要 的 理 论 与 关 键 科 学 问 题 的 突 破 。该 项 目 的 研 究 实 施 将 有 效 地 促 进我 国 科 学 研 究 在 上 述 领 域 中 的 快 速 发 展 ；进 而 建 立 具 有 国 际 先 进 水 平 的 复 杂 神 经假 体 综 合 研 究 平 台 。图 1： 学科交叉图2、 技 术 路 径 图 2 和 图 3 显 示 了 本 项 目 的 总 体 研 究 方 案 和 技 术 路 线 。
30、 图 2：课题总体研究方案围 绕 视 觉 功 能 修 复 的 中 心 任 务 ，在 动 物 模 型 上 进 行 视 觉 电 生 理 与 心 理 物 理 学实 验 ，进 行 视 网 膜 信 号 处 理 及 信 息 编 码 基 础 问 题 的 研 究 （课 题 1），寻 找 视 觉 神 经 信息 处 理 、编 码 、传 递 的 规 律 ，为 视 觉 信 号 并 行 数 字 化 处 理 （课 题 2）的 研 究 提 供 生 物学 依 据 ，建 立 刺 激 响 应 的 模 式 关 系 ；利 用 数 字 信 号 处 理 方 法 根 据 课 题 1 的 实 验 数据 和 刺 激 响 应 模 式 关 系 ，
31、建 立 视 觉 信 号 的 并 行 、快 速 、有 自 学 习 功 能 的 数 学 模 型 ，将 图 像 元 素 （包 括 灰 度 、颜 色 ）实 时 转 换 成 具 有 一 定 空 间 模 式 的 二 维 的 脉 冲 刺 激 信号 序 列 ，使 视 神 经 能 够 产 生 反 映 视 觉 模 式 的 一 定 空 间 时 间 模 式 的 动 作 电 位 ，实现 图 像 空 间 到 信 息 空 间 的 编 码 转 换 （课 题 3）。基 于 课 题 1 和 3 的 研 究 结 果 ，获 得 电极 的 空 间 和 时 间 刺 激 模 式 ，即 获 得 各 个 电 极 的 驱 动 信 号 。研 究
32、能 够 实 现 视 觉 功 能修 复 的 可 植 入 性 生 物 微 光 机 电 系 统 ，建 立 光 电 耦 合 器 件 、视 觉 信 号 处 理 单 元 、刺 激器 。根 据 视 觉 假 体 控 制 与 供 能 的 需 要 ，采 用 先 进 的 微 机 电 射 频 器 件 ，研 究 具 有 较 高信 号 处 理 及 传 输 速 度 、低 功 耗 、高 集 成 的 信 息 传 输 方 式 与 高 效 能 量 传 输 方 式 （课 题4）。然 后 课 题 4 中 ，建 立 视 神 经 刺 激 的 视 觉 假 体 理 论 模 型 ，确 定 视 神 经 的 电 刺 激 幅度 ，驱 动 电 流 的
33、极 限 即 阈 值 （课 题 2）。研 究 新 型 微 光 机 电 系 统 制 备 工 艺 ，实 现 高 密度 微 电 极 刺 激 器 ，将 课 题 3 转 换 生 成 的 刺 激 模 式 ，转 换 为 可 实 现 的 模 拟 脉 冲 信 号序 列 ，刺 激 视 神 经 纤 维 （课 题 5），使 患 者 产 生 视 觉 。由 于 微 光 机 电 系 统 要 植 入 视 神经 纤 维 束 ，需 要 研 究 视 神 经 细 胞 及 周 围 组 织 成 分 反 应 和 生 物 相 容 性 ，以 及 在 电 刺激 条 件 下 微 纳 米 电 极 材 料 表 面 在 胞 内 、胞 外 环 境 下 生
34、物 分 子 对 电 极 导 电 性 、耐 腐蚀 性 及 其 表 面 改 性 的 影 响 ，并 亟 待 发 现 新 的 导 电 性 能 好 、耐 腐 蚀 、生 物 相 容 性 好 的电 极 材 料 （课 题 6）。图 3：技术路线图本 项 目 以 修 复 盲 人 视 觉 功 能 为 最 终 目 标 ，最 后 要 在 临 床 实 验 中 得 到 应 用 ，因此 需 要 建 立 视 网 膜 不 同 层 次 损 伤 的 动 物 模 型 ，动 物 模 型 的 视 觉 电 生 理 学 的 实 验 和动 物 视 觉 行 为 学 的 测 试 ，并 实 验 验 证 和 确 定 视 神 经 不 同 部 位 电 诱 发 阈 值 ，动 态 范围 ，进 而 探 索 视 觉 假 体 植 入 的 手 术 方 案 ，并 进 行 视 觉 假 体 的 初 步 植 入 实 验 （课 题 7）。3、 创 新 点 与 特 色1） 创 新 点 采 用 直 接 刺 激 视 神 经 的 方 法 替 代 国 外 视 网 膜 上 、视 网 膜 下 及 视 皮 层 下 刺 激 的方 法 ，修 复 视 觉 功 能 损 伤 。该 方 法 克 服 了 视 网 膜 上 、视 网 膜 下 方 法 的 局 限 ，通过 直 接 刺 激 视 神 经 有 效 修 复 盲 人 的 视 觉 。对 比 视 皮 层 下 植 入 法 ，该 方 法 能 有
