11、用于改善向神经元电荷传递的纳米结构电极

用于改善向神经元电荷传递的纳米结构电极

1. 传统刺激电极的局限性

传统可植入电刺激微电极存在一定的局限性，主要体现在以下几个方面：
- 表面面积需求 ：为了维持低的每相电荷密度和低电极电位，特别是对于长期电刺激的可行性，电极需要足够大的表面积。理论上，几何表面积小的微电极在接触小群神经元方面更具特异性，但在达到引发生理反应所需的阈值之前，更容易达到高电荷密度（Q/A），从而损坏电极或组织。这也是目前临床电刺激系统使用高几何表面积电极进行神经刺激的原因之一。
- 激活特定神经元群体困难 ：由于传统刺激电极的几何尺寸较大，激活特定的神经元群体变得困难。例如，在人工耳蜗植入中，8 - 22个大的刺激电极被植入以替代16,000个毛细胞来激活下方的听觉神经细胞，这大大减少了从感知声音中提取的信息量（16,000个信息通道减少到8个通道）。
- 定位困难 ：大的刺激电极难以定位到单个神经元的特定区域以实现特定效果，如阴极兴奋、阳极兴奋、阳极阻断、阴极阻断、阳极中断兴奋、高频阻断等。在体内，神经元的细胞体相对较大，但许多来自远处神经元的轴突在细胞体之间穿过，形成复杂而密集的网状结构。使用大的微电极进行电刺激往往会同时激活附近的神经元轴丘（胞体）（顺向激活）和轴突穿过刺激区域的远处神经元（逆向和顺向激活），导致生理上不自然的激活形式。同样，在周围神经系统中，神经束包含自主神经和躯体神经，用大电极广泛激活这两条通路会导致生理上不自然的激活。
- 电荷密度分布不均 ：在刺激过程中，电极表面的电荷密度分布不均匀。根据库仑定律，电刺激的每个阶段，电极