1
enheten, som heter staven, fungerar som en ”pacemaker för hjärnan”, övervakar hjärnans elektriska aktivitet och levererar elektrisk stimulering om den upptäcker något fel.
dessa enheter kan vara extremt effektiva för att förhindra försvagande tremor eller anfall hos patienter med olika neurologiska tillstånd. Men de elektriska signaturerna som föregår ett anfall eller tremor kan vara extremt subtila, och frekvensen och styrkan hos elektrisk stimulering som krävs för att förhindra dem är lika noggrann. Det kan ta år av små justeringar av läkare innan enheterna ger optimal behandling.
WAND, som står för wireless artifact-free neuromodulation device, är både trådlös och autonom, vilket innebär att när den lär sig att känna igen tecken på tremor eller anfall, kan den justera stimuleringsparametrarna på egen hand för att förhindra oönskade rörelser. Och eftersom det är sluten slinga-vilket betyder att det kan stimulera och spela in samtidigt-kan det justera dessa parametrar i realtid.
”processen att hitta rätt behandling för en patient är extremt kostsam och kan ta år. Betydande minskning av både kostnad och varaktighet kan potentiellt leda till kraftigt förbättrade resultat och tillgänglighet”, säger Rikky Muller biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid Berkeley. ”Vi vill göra det möjligt för enheten att ta reda på vad som är det bästa sättet att stimulera för en given patient att ge de bästa resultaten. Och du kan bara göra det genom att lyssna och spela in neurala signaturer.”
WAND kan spela in elektrisk aktivitet över 128 kanaler, eller från 128 punkter i hjärnan, jämfört med åtta kanaler i andra slutna system. För att demonstrera enheten använde laget trollstav för att känna igen och fördröja specifika armrörelser i rhesusmakaker. Enheten beskrivs i en studie som dök upp idag (Dec. 31) i naturen Biomedicinsk teknik.
krusningar i en damm
samtidigt stimulerar och registrerar elektriska signaler i hjärnan är ungefär som att försöka se små krusningar i en damm samtidigt som du stänker dina fötter-de elektriska signalerna från hjärnan är överväldigade av de stora pulserna av el som levereras av stimuleringen.för närvarande stoppar djupa hjärnstimulatorer antingen inspelning medan de levererar den elektriska stimuleringen eller registrerar på en annan del av hjärnan från var stimuleringen appliceras-i huvudsak mäter de små krusningarna vid en annan punkt i dammen från stänk.
”för att kunna leverera stimuleringsbaserade terapier med sluten slinga, vilket är ett stort mål för personer som behandlar Parkinsons och epilepsi och en rad neurologiska störningar, är det mycket viktigt att både utföra neurala inspelningar och stimulering samtidigt, vilket för närvarande ingen enskild kommersiell enhet gör”, säger tidigare UC Berkeley postdoktor Samantha Santacruz, som nu är biträdande professor vid University of Texas i Austin.
forskare vid Cortera Neurotechnologies, Inc., ledd av Rikky Muller, utformade WAND custom integrerade kretsar som kan spela in hela signalen från både de subtila hjärnvågorna och de starka elektriska pulserna. Denna chipdesign gör det möjligt för WAND att subtrahera signalen från de elektriska pulserna, vilket resulterar i en ren signal från hjärnvågorna.
befintliga enheter är inställda för att bara spela in signaler från de mindre hjärnvågorna och överväldigas av de stora stimuleringspulserna, vilket gör denna typ av signalrekonstruktion omöjlig.
”eftersom vi faktiskt kan stimulera och spela in i samma hjärnregion vet vi exakt vad som händer när vi tillhandahåller en terapi”, sa Muller.i samarbete med labbet för elektroteknik och datavetenskap professor Jan Rabaey byggde teamet en plattformsenhet med trådlös och sluten krets beräkningskapacitet som kan programmeras för användning i en mängd olika forsknings-och kliniska tillämpningar.
i experiment som leds av Santacruz medan en postdoktor vid UC Berkeley, och av och elektroteknik och datavetenskap professor Jose Carmena, ämnen lärdes att använda en joystick för att flytta en markör till en viss plats. Efter en träningsperiod kunde WAND-enheten upptäcka de neurala signaturerna som uppstod när försökspersonerna förberedde sig för att utföra rörelsen och sedan leverera elektrisk stimulering som försenade rörelsen.
” medan fördröjning av reaktionstiden är något som har visats tidigare, är detta, så vitt vi vet, första gången det har visats i ett slutet loop-system baserat på en neurologisk inspelning,” sade Muller.
”i framtiden strävar vi efter att införliva lärande i vår slutna plattform för att bygga intelligenta enheter som kan räkna ut hur man bäst behandlar dig och ta bort läkaren från att ständigt ingripa i denna process”, säger Muller.