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Il dispositivo, denominato la BACCHETTA, funziona come un pacemaker per il cervello,” il monitoraggio dell’attività elettrica del cervello e fornire la stimolazione elettrica se rileva qualcosa che non va.

Questi dispositivi possono essere estremamente efficaci nel prevenire tremori debilitanti o convulsioni in pazienti con una varietà di condizioni neurologiche. Ma le firme elettriche che precedono un attacco o un tremore possono essere estremamente sottili, e la frequenza e la forza della stimolazione elettrica necessarie per prevenirle sono ugualmente permalose. Possono essere necessari anni di piccoli aggiustamenti da parte dei medici prima che i dispositivi forniscano un trattamento ottimale.

WAND, che sta per wireless artifact-free neuromodulation device, è sia wireless che autonomo, il che significa che una volta che impara a riconoscere i segni di tremore o convulsioni, può regolare i parametri di stimolazione da solo per prevenire i movimenti indesiderati. E poiché è a circuito chiuso-il che significa che può stimolare e registrare simultaneamente-può regolare questi parametri in tempo reale.

” Il processo per trovare la terapia giusta per un paziente è estremamente costoso e può richiedere anni. Una significativa riduzione dei costi e della durata può potenzialmente portare a risultati e accessibilità notevolmente migliorati”, ha affermato Rikky Muller assistente professore di ingegneria elettrica e informatica a Berkeley. “Vogliamo consentire al dispositivo di capire qual è il modo migliore per stimolare un dato paziente a dare i migliori risultati. E puoi farlo solo ascoltando e registrando le firme neurali.”

WAND può registrare l’attività elettrica su 128 canali, o da 128 punti nel cervello, rispetto a otto canali in altri sistemi a circuito chiuso. Per dimostrare il dispositivo, il team ha utilizzato WAND per riconoscere e ritardare i movimenti specifici del braccio nei macachi rhesus. Il dispositivo è descritto in uno studio apparso oggi (Dic. 31) in Natura Ingegneria Biomedica.

Increspature in uno stagno

Contemporaneamente stimolare e registrare segnali elettrici nel cervello è molto simile a cercare di vedere piccole increspature in uno stagno mentre spruzzi anche i piedi the i segnali elettrici dal cervello sono sopraffatti dai grandi impulsi di elettricità erogati dalla stimolazione.

Attualmente, gli stimolatori cerebrali profondi interrompono la registrazione mentre forniscono la stimolazione elettrica, o registrano in una parte diversa del cervello da dove viene applicata la stimolazione-essenzialmente misurando le piccole increspature in un punto diverso nello stagno dagli schizzi.

“per garantire a ciclo chiuso stimolazione terapie a base, che è un grande obiettivo per la gente trattare il morbo di Parkinson e l’epilessia e una varietà di disturbi neurologici, è molto importante eseguire neurale registrazioni e la stimolazione contemporaneamente, che attualmente nessun singolo commerciali dispositivo,” ha detto l’ex UC Berkeley dottorato di associare Samantha Santacruz, che ora è un assistente professore presso l’Università del Texas a Austin.

Ricercatori di Cortera Neurotechnologies, Inc., guidato da Rikky Muller, progettato la bacchetta circuiti integrati personalizzati in grado di registrare il segnale completo sia dalle onde cerebrali sottili e forti impulsi elettrici. Questo design del chip permette BACCHETTA per sottrarre il segnale dagli impulsi elettrici, con conseguente un segnale pulito dalle onde cerebrali.

I dispositivi esistenti sono sintonizzati per registrare segnali solo dalle onde cerebrali più piccole e sono sopraffatti dai grandi impulsi di stimolazione, rendendo impossibile questo tipo di ricostruzione del segnale.

“Poiché possiamo effettivamente stimolare e registrare nella stessa regione del cervello, sappiamo esattamente cosa sta succedendo quando stiamo fornendo una terapia”, ha detto Muller.

In collaborazione con il laboratorio di ingegneria elettrica e informatica professore Jan Rabaey, il team ha costruito un dispositivo piattaforma con funzionalità computazionali wireless e a circuito chiuso che può essere programmato per l’uso in una varietà di ricerca e applicazioni cliniche.

In esperimenti condotti da Santacruz, mentre un postdoc alla UC Berkeley, e da e ingegneria elettrica e informatica professore Jose Carmena, soggetti sono stati insegnati a utilizzare un joystick per spostare un cursore in una posizione specifica. Dopo un periodo di allenamento, il dispositivo WAND era in grado di rilevare le firme neurali sorte mentre i soggetti si preparavano a eseguire il movimento e quindi fornire una stimolazione elettrica che ritardava il movimento.

“Mentre ritardare il tempo di reazione è qualcosa che è stato dimostrato prima, questa è, a nostra conoscenza, la prima volta che è stato dimostrato in un sistema a circuito chiuso basato solo su una registrazione neurologica”, ha detto Muller.

“In futuro miriamo a incorporare l’apprendimento nella nostra piattaforma a circuito chiuso per costruire dispositivi intelligenti in grado di capire come trattarti al meglio e rimuovere il medico dal dover intervenire costantemente in questo processo”, ha detto Muller.