Learning to see again: biological constraints on cortical plasticity and the implications for sight restoration technologies
学习再次看见:皮质可塑性的生物学限制及其对视力恢复技术的影响
基本信息
- 批准号:10207233
- 负责人:
- 金额:$ 35.16万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-05-01 至 2026-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Accommodation phospheneAdultAnimalsArchitectureAxonBiologicalBrainCellsClinical TrialsCodeComputer ModelsConflict (Psychology)DataDevelopmentDevice DesignsDevicesElectrodesElectronicsEyeEye MovementsFruitGene therapy trialGoalsHumanImplantIndividualKineticsLearningLeber&aposs amaurosisLightManufacturer NameModelingMotionNeuronsOcular DominanceOcular ProsthesisOcular dominance columnsOptic NerveParticipantPatientsPerceptual learningPhysiologicalPlayPopulationProsthesisPsychophysicsRecoveryReportingResearchResolutionRetinaRetinal Ganglion CellsRoleRouteSurfaceTechnologyTestingThinkingTrainingVideo GamesVisionVisualVisual PerceptionVisually Impaired PersonsWorkdesignexperiencefovea centralisganglion cellgene therapyinfancyinsightneurophysiologynoveloptogeneticsreceptive fieldrelating to nervous systemresponseretina implantationretinal stimulationsight restorationspatiotemporalvirtual patient
项目摘要
ABSTRACT
The field of sight restoration has made dramatic progress over the last decade. Two types of
retinal implants have been commercially approved, and several other designs are in development
worldwide. In addition, two groups are actively implanting and developing cortical electronic
implants. The first optogenetic clinical trial has begun, with many others likely in the next two
years. Within a decade, many blind individuals are likely to be offered a wide range of options
for sight restoration that depend on widely different technologies.
Interactions between implant electronics and the underlying neurophysiology of the retina or
cortex mean that the vision provided by most of these technologies will differ substantially from
normal sight. The question of this proposal is – What role can cortical plasticity play in helping
patients make use of this artificial visual input?
Over the past 15 years our research group has been generating computational models, developed
using a combination of physiological and psychophysical data, which can predict the percepts
that patients might experience for a variety of sight recovery technologies. We propose to use
these models to simulate, within visually normal participants, four critical neurophysiological
distortions inherent in sight restoration technologies:
Aim 1. Abnormal neuronal population responses during retinal stimulation: Simultaneous stimulation of
on and off cells.
Aim 2. Spatial distortions: Stimulation of retinal ganglion cell axons.
Aim 3. Abnormal cortical neuronal population responses: Distortions induced by the V1 neural
architecture.
Aim 4. Temporal blurring due to slow optogenetic kinetics.
Our goal is to use normally sighted participants, viewing distorted visual input, as ‘virtual
patients’ to learn which spatiotemporal distortions can be compensated for by plasticity, and
which must be compensated for in device design. This will provide device manufacturers with a
more nuanced understanding of the abilities and limits of visual perceptual adaptability.
Finally, this work will provide novel insights regarding the fundamental mechanisms of cortical
plasticity by asking whether, in adulthood, it is possible to reconfigure the fundamental building blocks
of visual perception?
抽象的
在过去的十年中,视野恢复领域取得了巨大的进步。两种类型
视网膜关闭已获得商业批准,并且正在开发其他一些设计
全世界。此外,两组正在积极实施和开发皮质电子
植入物。第一个光遗传学临床试验已经开始,接下来的许多其他试验可能
年。十年之内,许多盲人可能会得到多种选择
对于视力恢复,取决于广泛不同的技术。
植入物电子与视网膜或潜在的神经生理学之间的相互作用
皮层意味着大多数这些技术提供的愿景将与
正常的视线。该建议的问题是 - 皮质可塑性在帮助方面可以发挥什么作用
患者使用这种人造视觉输入?
在过去的15年中,我们的研究小组一直在开发计算模型
结合物理和心理物理数据的组合,可以预测感知
患者可能会经历各种视力恢复技术。我们建议使用
这些模型在视觉正常的参与者中模拟了四个关键神经生理学
视力恢复技术固有的扭曲:
目标1。视网膜刺激期间神经元异常的人群反应:同时刺激
打开和关闭细胞。
目标2。空间扭曲:刺激残留神经节细胞轴突。
目标3。皮质神经元种群反应异常:V1神经元引起的畸变
建筑学。
AIM 4。由于缓慢的光遗传动力学而导致的时间模糊。
我们的目标是使用正常视力参与者,将扭曲的视觉输入视为“虚拟”
患者了解哪些时空畸变可以通过可塑性来补偿
必须在设备设计中补偿。这将为设备制造商提供
对视觉感知适应性的能力和局限性的更细微的理解。
最后,这项工作将提供有关皮质基本机制的新颖见解
通过询问是否有可能重新配置基本构建块,可塑性是否可以
视觉感知?
项目成果
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