Extracellular Stimulation of Neural Tissues: Activating Function and Sub-threshold Potential Perspective *
Extracellular Stimulation of Neural Tissues: Activating Function and Sub-threshold Potential Perspective *
复制标题
神经组织的细胞外刺激：激活功能和阈下电位视角*
DOI：
10.1109/embc.2019.8857113
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
U. van Rienen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
R. Appali;K. K. Sriperumbudur;U. van Rienen
神经组织的电刺激已成为解决多种病理问题的有效临床干预措施，例如重度耳聋、视网膜疾病和帕金森病。然而，关于神经兴奋的确切机制，特别是激活位点的知识仍然不明确。然而，计算机模型利用两种方法，即激活功能和亚阈值电位来预测神经组织的激活位点。本文研究了这两种方法使用有限元模型模拟锥体神经元和螺旋神经节神经元电刺激的适用性。模拟结果表明，激活函数可能容易出现神经组织的几何不规则性，但可以现实地预测有髓神经元上的激活位点。相反，亚阈值电位通过考虑神经组织的电生理特性来预测无髓鞘轴突的激活。本研究表明，在模拟神经组织的细胞外刺激时，有必要选择合适的方法来估计神经激活位点。
Electric stimulation of neural tissues has been an effective clinical intervention to address a variety of pathological issues such as profound deafness, retinal diseases, and Parkinson’s disease. However, the knowledge about the exact mechanism of neural excitation, especially activation sites is still ambiguous. Nevertheless, in silico models utilize two approaches namely activating function and sub-threshold potential to predict the activation sites of neural tissues. This paper studies the applicability of these two approaches to model the electric stimulation of pyramidal neuron and spiral ganglion neurons using finite element models. The simulation results suggest that the activating function could be prone to geometrical irregularities of the neural tissues, yet realistically predicts the activation sites on the myelinated neurons. In contrast, the sub-threshold potential predicts the activation of unmyelinated axons by considering the electrophysiological properties of neural tissues. The present study suggests that it is necessary to choose an appropriate method to estimate the neural activation sites while modeling the extracellular stimulation of neural tissues.
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