[发明专利]一种视皮层神经刺激装置及刺激方法

说明书

                            技术领域

本发明涉及一种视皮层神经组织的刺激技术。

                            背景技术

据不完全统计在世界上超过45,000,000的人失明。视觉传递通路的任何一个环节出现了异常，都会使视觉功能受损或缺失。目前医学界已经尝试了使用药物、激光、放射、细胞移植和黄斑转位手术等多种方法，但各自存在一定的适应症和缺点，疗效不尽人意。

从视觉形成和视觉信息传导通路的角度看，视觉功能修复可以在视网膜、视神经、视皮层三个层次展开，但已有的研究结果和技术水平还难以有效地达到视觉修复。目前国内外研究的热点是在视网膜功能修复，人工视网膜方面已经取得了很好的进展。但是，视网膜、视神经病变是重要神经性致盲眼病的共同点，最终均表现为视网膜各级神经元信息传导障碍，继而影响最后的视觉信息输出，高级视觉中枢未能接受到正常视觉信号，导致了患者视力的丧失。基于视皮层的视觉功能修复的基础是Brindley等发现电刺激视皮层能引起受试者产生光幻视(Phosphene)，于是出现了通过微电极阵列刺激视皮层的视觉修复研究。

基于视皮层刺激的视觉修复的基本原理是将外界图像信息编码为特定的电信号，电信号通过微电极阵列刺激视皮层神经组织的不同区域，以修复部分视觉功能。刺激电极可植入视皮层内部、视皮层表面、视皮层外甚至头皮外，微电极阵列对视皮层神经组织的刺激是其中的关键技术。在神经接口电极方面，美国专利US5,496,369公开了一种用于听觉皮层刺激的神经假体，该装置包含一个语音处理器，用以接收和处理语音信号；语音信号经过编码后通过微电极直接刺激听觉皮层区域。美国专利US6066163提出了一种自适应大脑刺激方法，它是将刺激装置植入皮层的需要刺激的区域，通过设置刺激参数来改变刺激模式，它可以通过改变刺激模式以实现在不同皮层区域的不同刺激。在已有的皮层神经刺激系统的设计上，都主要考虑了刺激信号模式和电极材料、结构的因素，每个微电极和刺激信号输出是一一对应关系，或者说每个刺激信号输出通道和电极之间是固定的连接关系，当微电极阵列固定在皮层区域后，刺激信号输出通道和皮层刺激的空间坐标位置也保持着固定的对应关系。

但是，申请人经长期的研究发现，刺激电极在对皮层神经组织进行电刺激的同时，神经组织会表现出对刺激电极的排异反应；而且随着连续刺激时间的延长，排异反应会增强，从而导致刺激电极的刺激效率下降，以致刺激电极工作实效。因此，已有的皮层神经接口微电极的有效工作时间都具有很大的局限性，在视皮层刺激的研究中也面临同样的问题。另一方面，针对某个特定的神经功能(如视觉信息处理)，大脑皮层神经组织具有聚类特性，即由一族完成相同功能的神经元聚集成团，共同完成该功能；同时，皮层神经组织具有自组织和可塑性功能，靠近某个功能区的神经元在外界刺激下可以加入该功能区域。由此，皮层神经组织的这些特性为设计新的皮层神经刺激假体提供了可能，从而可提高皮层神经刺激装置工作的长效性。

                            发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种视皮层刺激装置及刺激方法，它将已有技术中的微电极上的刺激点分解为多个超微刺激点，通过控制电路交替性地将刺激信号连接到同一刺激单元的不同超微刺激点，避免单电极的连续刺激，减小神经组织对刺激电极的排异反应，增强微电极在皮层工作的长效性。

本发明的技术方案该如下：

一种视皮层神经刺激装置，它由微电极阵列芯片、信号通路控制部分、刺激信号产生及编码部分组成。

其中，微电极阵列芯片实现和视皮层神经组织接口，将刺激电信号传导到视皮层神经元，以产生需要的神经兴奋。所述微电极阵列芯片是由多个刺激单元阵列布局在一个基板上构成，每个刺激单元具有相对独立的空间位置，对应视皮层神经上的一个刺激部位，每个刺激单元中又包括多个微电极形成的多个超微刺激点。

所述信号通路控制部分的功能是通过选择刺激信号和刺激单元中超微刺激点的连接方式来调控皮层刺激模式，为刺激信号传导到皮层设置信号通路，将刺激信号通过选定的超微电极耦合到视皮层神经组织。其具体设置是一个刺激信号通路对应微电极阵列芯片上的一个刺激单元，每个刺激信号通路具有多个可选输出端口，分别与对应刺激单元中的各微电极(即超微刺激点)连接，在同一时刻刺激单元中仅一个超微刺激点有信号输出。