1

het apparaat, genaamd de toverstok, werkt als een “pacemaker voor de hersenen,” het monitoren van de elektrische activiteit van de hersenen en het leveren van elektrische stimulatie als het detecteert iets mis.

deze hulpmiddelen kunnen zeer effectief zijn bij het voorkomen van slopende tremoren of aanvallen bij patiënten met verschillende neurologische aandoeningen. Maar de elektrische signaturen die voorafgaan aan een aanval of tremor kunnen uiterst subtiel zijn, en de frequentie en kracht van elektrische stimulatie die nodig is om ze te voorkomen is even gevoelig. Het kan jaren van kleine aanpassingen door artsen duren voordat de apparaten een optimale behandeling bieden.

WAND, wat staat voor wireless artefact-free neuromodulation device, is zowel draadloos als autonoom, wat betekent dat als het eenmaal leert de tekenen van tremor of aanval te herkennen, het de stimulatieparameters op zichzelf kan aanpassen om ongewenste bewegingen te voorkomen. En omdat het een gesloten lus is — wat betekent dat het gelijktijdig kan stimuleren en registreren — kan het deze parameters in real-time aanpassen.

“het proces om de juiste therapie voor een patiënt te vinden is extreem duur en kan jaren duren. Aanzienlijke vermindering van zowel de kosten als de duur kan mogelijk leiden tot sterk verbeterde resultaten en toegankelijkheid,” zei Rikky Muller assistant professor of electrical engineering and computer sciences in Berkeley. “We willen het apparaat in staat stellen om erachter te komen wat de beste manier is om een bepaalde patiënt te stimuleren om de beste resultaten te geven. Dat kun je alleen doen door te luisteren en de neurale signaturen op te nemen.”

toverstaf kan elektrische activiteit registreren over 128 kanalen, of vanaf 128 punten in de hersenen, vergeleken met acht kanalen in andere closed-loop systemen. Om het apparaat te demonstreren, gebruikte het team toverstaf om specifieke armbewegingen bij resusapen te herkennen en uit te stellen. Het apparaat wordt beschreven in een studie die vandaag verscheen (Dec. 31) in de natuur Biomedische Technologie.

rimpelingen in een vijver

gelijktijdig stimuleren en opnemen van elektrische signalen in de hersenen is net als proberen kleine rimpelingen in een vijver te zien terwijl u ook op uw voeten spat-de elektrische signalen van de hersenen worden overweldigd door de grote pulsen van elektriciteit die door de stimulatie worden geleverd.momenteel stoppen Deep brain stimulators ofwel met opnemen terwijl ze de elektrische stimulatie leveren, ofwel registreren ze op een ander deel van de hersenen waar de stimulatie wordt toegepast — in wezen meten ze de kleine rimpelingen op een ander punt in de vijver dan het spatten.”om closed-loop stimulation-based therapies te leveren, wat een groot doel is voor mensen die Parkinson en epilepsie en een verscheidenheid aan neurologische aandoeningen behandelen, is het erg belangrijk om zowel neurale opnames als stimulatie gelijktijdig uit te voeren, wat momenteel geen enkel commercieel apparaat doet,” zei voormalig UC Berkeley postdoc associate Samantha Santacruz, die nu universitair docent is aan de Universiteit van Texas in Austin.

onderzoekers van Cortera Neurotechnologies, Inc., onder leiding van Rikky Muller, ontwierp de WAND aangepaste geïntegreerde schakelingen die het volledige signaal van zowel de subtiele hersengolven en de sterke elektrische pulsen kan opnemen. Met dit chip-ontwerp kan toverstaf het signaal van de elektrische pulsen Aftrekken, wat resulteert in een schoon signaal van de hersengolven.

bestaande apparaten zijn afgestemd op het opnemen van signalen alleen van de kleinere hersengolven en worden overweldigd door de grote stimulatiepulsen, waardoor dit soort signaalreconstructie onmogelijk is.

“omdat we daadwerkelijk kunnen stimuleren en opnemen in hetzelfde hersengebied, weten we precies wat er gebeurt wanneer we een therapie,” Muller zei.

In samenwerking met het lab of electrical engineering and computer science professor Jan Rabaey, bouwde het team een platform apparaat met draadloze en closed-loop computationele mogelijkheden die kan worden geprogrammeerd voor gebruik in een verscheidenheid van onderzoek en klinische toepassingen.

in experimenten onder leiding van Santacruz terwijl hij postdoc was aan de Universiteit van Berkeley, en door en Professor elektrotechniek en informatica Jose Carmena, werd aan de proefpersonen geleerd een joystick te gebruiken om een cursor naar een specifieke locatie te verplaatsen. Na een trainingsperiode was het toverstokje in staat om de neurale signaturen te detecteren die ontstonden toen de proefpersonen zich voorbereidden om de beweging uit te voeren, en vervolgens elektrische stimulatie te leveren die de beweging vertraagde.

“hoewel het uitstellen van de reactietijd iets is dat eerder is aangetoond, is dit, voor zover wij weten, de eerste keer dat het is aangetoond in een gesloten-lus systeem gebaseerd op een neurologische opname alleen,” Muller zei.

“In de toekomst willen we leren opnemen in ons closed-loop platform om intelligente apparaten te bouwen die kunnen achterhalen hoe u het beste kunt behandelen, en de arts te verwijderen van het hebben om voortdurend in te grijpen in dit proces,” zei Muller zei.