Dissertant:
Betreuer:
PrüferI:
PrüferII:
PrüferIII:
PaulWERGINZ
Prof.FrankRATTAY
Prof.FrankRATTAY
Dr.GüntherZECK
Prof.GüntherKARIGL
Neuronalactivationcharacteristicsintheelectricallystimulatedretina–
Amodel-basedstudy
Die Entwicklung von Netzhautimplantaten ermöglicht es blinden Menschen eine
einfache Art des Sehens wiederzuerlangen. Patienten, die an einer Degeneration
ihrer Photorezeptoren leiden, können mittels Elektrostimulation rudimentäre
Seheindrücke zurückerlangen. Das Ziel der präsentierten Modellierung war es zum
VerständnisderVorgängeinderelektrischstimuliertenNetzhautbeizutragen.
Die neuronale Antwort während Elektrostimulation wurde in einem zweistufigen
Verfahren simuliert: i) das elektrische Feld, welches von einer Elektrode
hervorgerufen wird, wurde entweder mit der Methode der finiten Elemente oder
mit einer einfachen analytischen Lösung für Punktquellen berechnet und ii) die
resultierendenelektrischenPotenzialewurdenalsEingangsparameterfüreinMultiKompartmentmodellverwendet.
Depolarisation und die einhergehende Freisetzung von Neurotransmittern an den
Enden von Bipolarzellen konnte nur durch anodische Stimulation von subretinaler
Seite erzeugt werden. Stimulation von Bipolarzellen über das Nernst-Potenzial von
Kalzium hinaus führte zu invertierten Kalziumströmen in den synaptischen Enden.
Überraschenderweise führten diese invertierten Kalziumströme bei Stimulation
einerVielzahlvonBipolarzellenimUmkreisvon100x100µmzueinemausgeprägten
Center-SurroundEffekt.
Während epiretinaler Stimualtion hatten vorbeiziehende Ganglienzellaxone einen
um 120% erhöhten Schwellwert gegenüber dem niedrigsten Schwellwert im
proximalen Teil des Axons. Der dadurch entstehende Arbeitsbereich konnte dazu
genutzt werden um eine kleine Anzahl von Ganglienzellen zu aktivieren ohne eine
Co-Aktivierung von weit entfernten Ganglienzellen hervorzurufen. Zufallsrauschen
des Membranpotenziales erlaubte es die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung
eines Aktionspotenzials zu berechnen und simulierte Ergebnisse deckten sich mit
experimentellenBefunden.
Zusammengefasst befasste sich die vorgestellte Arbeit mit den räumlichen und
zeitlichen Charakteristika des Antwortverhaltens retinaler Neurone während
Elektrostimulation. Spezielles Augenmerk wurde auf die Ausschüttung neuronaler
Botenstoffe in Bipolarzellen und dem Ort der Signalentstehung in Ganglienzellen
gelegt.