Distance-dependent responses to electrical stimulation in the human primary visual cortex

Abstract

The electrical microstimulation of nervous tissue is a useful tool for study- ing brain connectivity and linking specific brain structures with behavior. This method also offers promising medical applications. For example, cochlear implants and deep brain stimulation are already successfully applied in clin- ical practice. Other possible applications, as restoration of vision using in- tracortical microstimulation of visual cortex, are currently a matter of study. Despite the long history of experimental use and promising applications of electrical microstimulation, its exact effect on neuronal activity remains un- clear. To safely and effectively apply electrical microstimulation in clinical practice, its influence on neuronal activity must be known and predictable. The main objective of this thesis was to contribute to clarifying the spatio- temporal effects of intracortical microstimulation on neuronal activity and to compare the responses evoked by single-electrode and dual-electrode stimula- tion using electrophysiological recordings acquired with microelectrode array implanted in the primary visual cortex of a blind human.

Elektrická mikrostimulace nervové tkáně je užitečným nástrojem pro stu- dium mozkových spojení a pro propojování konkrétních oblastí mozku s cho- váním. Tato metoda také poskytuje mnoho slibných aplikací v oblasti medi- cíny. Například, kochleární implantáty a hloubková mozková stimulace jsou už nyní úspěšně užívány v klinické praxi. Další možné aplikace, jako ob- nova zraku pomocí vnitrokorové mikrostimulace, jsou předmětem výzkumu. Navzdory dlouhé historii používání a slibným aplikacím elektrické mikrosti- mulace, nejsou její efekty na neuronální aktivitu stále zcela objasněné. Aby bylo možné bezpečně a efektivně používat tuto metodu v klinické praxi, je nutné, aby její vliv na neuronální aktivitu byl zřejmý a snadno předvída- telný. Hlavním cílem této práce bylo přispět k objasněním prostorově časo- vých vlivů elektrické mikrostimulace na neuronální aktivitu a dále porovnat odpovědi vyvolané jedno-elektrodovou a dvou-elektrodovou stimulací za po- užití elektrofyziologických nahrávek pořízených mikroelektrodovou mřížkou implantovanou v primární zrakové kůře nevidomého člověka.