1
urządzenie o nazwie różdżka działa jak „rozrusznik mózgu”, monitorując aktywność elektryczną mózgu i dostarczając stymulację elektryczną, jeśli wykryje coś nie tak.
urządzenia te mogą być niezwykle skuteczne w zapobieganiu wyniszczające drżenia lub drgawki u pacjentów z różnych schorzeń neurologicznych. Ale sygnatury elektryczne, które poprzedzają napad lub drżenie może być bardzo subtelne, a częstotliwość i siła stymulacji elektrycznej wymagane, aby im zapobiec jest równie drażliwy. Może to potrwać lata drobnych korekt przez lekarzy, zanim urządzenia zapewnią optymalne leczenie.
różdżka, która oznacza bezprzewodowe urządzenie neuromodulacyjne bez artefaktów, jest zarówno bezprzewodowa, jak i autonomiczna, co oznacza, że gdy nauczy się rozpoznawać oznaki drżenia lub napadu, może samodzielnie dostosować parametry stymulacji, aby zapobiec niepożądanym ruchom. A ponieważ jest w pętli zamkniętej-co oznacza, że może stymulować i nagrywać jednocześnie – może dostosować te parametry w czasie rzeczywistym.
„proces znalezienia odpowiedniej terapii dla pacjenta jest niezwykle kosztowny i może potrwać lata. Znaczna redukcja zarówno kosztów, jak i czasu trwania może potencjalnie prowadzić do znacznie lepszych wyników i dostępności”, powiedział Rikky Muller adiunkt elektrotechniki i nauk komputerowych w Berkeley. „Chcemy umożliwić urządzeniu ustalenie, jaki jest najlepszy sposób stymulacji dla danego pacjenta, aby uzyskać najlepsze wyniki. I można to zrobić tylko przez słuchanie i nagrywanie sygnatur neuronowych.”
różdżka może rejestrować aktywność elektryczną w 128 kanałach lub ze 128 punktów w mózgu, w porównaniu do ośmiu kanałów w innych systemach zamkniętej pętli. Aby zademonstrować urządzenie, zespół użył różdżki do rozpoznawania i opóźniania określonych ruchów ramion u makaków rezusowych. Urządzenie jest opisane w badaniu, które ukazało się dzisiaj (grudzień. 31) In Nature Biomedical Engineering.
zmarszczki w stawie
jednocześnie stymulowanie i rejestrowanie sygnałów elektrycznych w mózgu jest podobne do próby zobaczenia małych zmarszczek w stawie, a jednocześnie rozpryskiwania stóp-sygnały elektryczne z mózgu są przytłoczone przez duże impulsy energii elektrycznej dostarczane przez stymulację.
obecnie stymulatory głębokiego mózgu albo przestają nagrywać podczas dostarczania stymulacji elektrycznej, albo rejestrują w innej części mózgu od miejsca, w którym stymulacja jest stosowana-zasadniczo mierząc małe zmarszczki w innym punkcie stawu od rozpryskiwania.
„aby zapewnić terapie oparte na stymulacji w pętli zamkniętej, co jest dużym celem dla osób leczących Parkinsona i epilepsję oraz różne zaburzenia neurologiczne, bardzo ważne jest jednoczesne wykonywanie nagrań neuronowych i stymulacji, czego obecnie nie robi żadne komercyjne urządzenie”, powiedziała była współpracowniczka podoktorska UC Berkeley, Samantha Santacruz, która jest obecnie adiunktem na University of Texas w Austin.
naukowcy z Cortera Neurotechnologies, Inc., kierowany przez Rikky ’ ego Mullera, zaprojektował niestandardowe układy scalone WAND, które mogą rejestrować pełny sygnał zarówno z subtelnych fal mózgowych, jak i silnych impulsów elektrycznych. Ta konstrukcja Chipa pozwala różdżce odjąć sygnał z impulsów elektrycznych, co skutkuje czystym sygnałem z fal mózgowych.
istniejące urządzenia są dostrojone do rejestrowania sygnałów tylko z mniejszych fal mózgowych i są przytłoczone dużymi impulsami stymulacji, co uniemożliwia tego typu rekonstrukcję sygnału.
„ponieważ możemy rzeczywiście stymulować i nagrywać w tym samym regionie mózgu, dokładnie wiemy, co się dzieje, gdy zapewniamy terapię”, powiedział Muller.
we współpracy z laboratorium elektrotechniki i Informatyki prof. Janem Rabaeyem, zespół zbudował urządzenie platformowe z bezprzewodowymi i zamkniętymi pętlami obliczeniowymi, które można zaprogramować do wykorzystania w różnych zastosowaniach badawczych i klinicznych.
w eksperymentach prowadzonych przez Santacruz podczas postdoc w UC Berkeley, a przez i elektrotechniki i Informatyki profesor Jose Carmena, przedmioty uczono używać joysticka, aby przenieść kursor do określonej lokalizacji. Po okresie treningowym urządzenie różdżki było w stanie wykryć sygnatury neuronowe, które powstały, gdy badani przygotowali się do wykonania ruchu, a następnie dostarczyć stymulację elektryczną, która opóźniła ruch.
„chociaż opóźnienie czasu reakcji jest czymś, co zostało wcześniej zademonstrowane, jest to, według naszej wiedzy, pierwszy raz, gdy zostało zademonstrowane w systemie zamkniętej pętli opartym tylko na nagraniu neurologicznym”, powiedział Muller.
„w przyszłości naszym celem jest włączenie uczenia się do naszej platformy zamkniętej pętli, aby zbudować inteligentne urządzenia, które mogą dowiedzieć się, jak najlepiej cię leczyć i usunąć lekarza z konieczności ciągłego ingerowania w ten proces”-powiedział Muller.