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2023–2024年度报告Physics.wooster.edu
两个物理椅子的问候！我们在校园度过了令人兴奋且富有成效的一年。科迪·里里（Cody Leary）在秋季学期休假，尼克拉斯·曼兹（Niklas Manz）在春季休假。当尼克拉斯休假时，苏珊·雷曼（Susan Lehman）介入了一个学期的部门主席。梅根·尼伯丁（Megan Nieberding）在我们系的客座助理教授任职第二年，并在北德克萨斯大学（University of North Dexas）担任达拉斯郊区的职位。她很高兴找到了一个永久的职位，并且很高兴获得博士学位后离家很近。在俄亥俄州立大学，在伍斯特两年。全年最激动人心的事件是四月份越过伍斯特的全部日食。劳拉·德鲁特（Laura deGroot）协调了这次活动的多次活动，我们很幸运地拥有晴朗的天空。很高兴看到许多来到校园参加活动的Wooster物理校友！在2024年5月的开业期间，我们庆祝了完成高级I.S.的最新七个物理毕业生的成就。今年春天。我们很高兴能在三月份获得这个消息，即我们向国家科学福特（National Science Foundarion）申请REU网站的申请已获得批准。由于该奖项在REU申请季节很晚，因此我们决定推迟一年。没有完整的研究计划，泰勒的物理地板比平时更安静，但是我们确实与Koontz研究学者Abby Hovorka '26在Susan Lehman的实验室工作。我们继续为学生提供在科学会议上介绍他们的研究的经验。上一学年，物理学生在明尼苏达州明尼阿波利斯市举行的全国APS 3月会议上进行了海报演讲（4），2023年秋季的2023年俄亥俄州克利夫兰地区APS会议（5），2024年春季的2024年春季在密歇根州弗林特市举行的区域APS会议（2）和两名学生在西弗吉尼亚州弗吉尼亚大学的物理学会议上介绍了妇女的妇女会议。尼克拉斯·曼兹（Niklas Manz）在瑞士举行的戈登研究会议和《 Dynamics Days》（Dynamics Days Days）欧洲2024会议上，在他休假的欧洲旅行中介绍了一张海报。最后，我们注意到我们出色的行政协调员克雷格首先要离开部门接受丹尼森大学的职位。克雷格（Craig）在过去的几年中一直是泰勒·霍尔（Taylor Hall）的巨大财富，帮助我们顺利进行。我们会在这里想念他，但祝他在他的新职位上一切顺利！
具有定量行为跟踪的脑网络感知和刺激平台：应用于边缘回路癫痫
作者：Vaclav Kremen 1,2*、Vladimir Sladky 1,3*、Filip Mivalt 1,4*、Nicholas M. Gregg 1、Irena Balzekas 1,5、Victoria Marks 1,5、Benjamin H. Brinkmann 1,5、Brian Nils Lundstrom 1、Jie Cui 1、Erik K. St Louis 6、Paul Croarkin 7、Eva C Alden 7、Julie Fields 7、Karla Crockett 1、Jindrich Adolf 4、Jordan Bilderbeek 5、Dora Hermes 5、Steven Messina 8、Kai J. Miller 9、Jamie Van Gompel 9、Timothy Denison 10、Gregory A. Worrell 1,5 1 梅奥诊所神经内科生物电子神经生理学和工程实验室，明尼苏达州罗切斯特 55905 2 捷克信息学、机器人学和控制论研究所，捷克技术大学，16000 布拉格，捷克共和国，3 捷克技术大学生物医学工程学院，16000 布拉格，捷克共和国，4 布尔诺理工大学电气工程与通信学院生物医学工程系，61600 布尔诺，捷克共和国。 5 梅奥诊所生理学和生物医学工程系，明尼苏达州罗切斯特 55905，6 梅奥诊所睡眠医学中心、神经病学和医学系、睡眠神经病学和肺部和重症监护医学分部，明尼苏达州罗切斯特 55905 7 精神病学和心理学系 8 梅奥诊所放射学系，明尼苏达州罗切斯特 55905 9 梅奥诊所神经外科系，明尼苏达州罗切斯特 55905 10 牛津大学医学研究委员会脑网络动力学部工程科学系，牛津 OX3 7DQ，英国 摘要 颞叶癫痫是一种常见的神经系统疾病，以反复发作为特征。这些癫痫发作通常源于边缘网络，患者还会出现与记忆、情绪和睡眠 (MMS) 相关的慢性合并症。针对丘脑前核的深部脑刺激 (ANT-DBS) 是一种行之有效的治疗方法，但最佳刺激参数仍不清楚。我们开发了一个用于跟踪癫痫发作和 MMS 的神经技术平台，以实现研究性脑传感刺激植入物、移动设备和云环境之间的数据流。人工智能算法提供了癫痫发作、发作间期癫痫样尖峰和清醒-睡眠脑状态的准确目录。远程管理的记忆和情绪评估用于在 ANT-DBS 期间密集采样认知和行为反应。我们评估了低频和高频 ANT-DBS 的疗效。它们都减少了癫痫发作，但低频 ANT-DBS 显示出更大的减少以及更好的睡眠和记忆。这些结果凸显了同步脑传感和行为跟踪在优化神经调节疗法方面的潜力。
具有定量行为跟踪的脑网络感知和刺激平台：应用于边缘回路癫痫
作者：Vaclav Kremen 1,2*、Vladimir Sladky 1,3*、Filip Mivalt 1,4*、Nicholas M. Gregg 1、Irena Balzekas 1,5、Victoria Marks 1,5、Benjamin H. Brinkmann 1,5、Brian Nils Lundstrom 1、Jie Cui 1、Erik K. St Louis 6、Paul Croarkin 7、Eva C Alden 7、Julie Fields 7、Karla Crockett 1、Jindrich Adolf 4、Jordan Bilderbeek 5、Dora Hermes 5、Steven Messina 8、Kai J. Miller 9、Jamie Van Gompel 9、Timothy Denison 10、Gregory A. Worrell 1,5 1 梅奥诊所神经内科生物电子神经生理学和工程实验室，明尼苏达州罗切斯特 55905 2 捷克信息学、机器人学和控制论研究所，捷克技术大学，16000 布拉格，捷克共和国，3 捷克技术大学生物医学工程学院，16000 布拉格，捷克共和国，4 布尔诺理工大学电气工程与通信学院生物医学工程系，61600 布尔诺，捷克共和国。 5 梅奥诊所生理学和生物医学工程系，明尼苏达州罗切斯特 55905，6 梅奥诊所睡眠医学中心、神经病学和医学系、睡眠神经病学和肺部和重症监护医学分部，明尼苏达州罗切斯特 55905 7 精神病学和心理学系 8 梅奥诊所放射学系，明尼苏达州罗切斯特 55905 9 梅奥诊所神经外科系，明尼苏达州罗切斯特 55905 10 牛津大学医学研究委员会脑网络动力学部工程科学系，牛津 OX3 7DQ，英国 摘要 颞叶癫痫是一种常见的神经系统疾病，以反复发作为特征。这些癫痫发作通常源于边缘网络，患者还会出现与记忆、情绪和睡眠 (MMS) 相关的慢性合并症。针对丘脑前核的深部脑刺激 (ANT-DBS) 是一种行之有效的治疗方法，但最佳刺激参数仍不清楚。我们开发了一个用于跟踪癫痫发作和 MMS 的神经技术平台，以实现研究性脑传感刺激植入物、移动设备和云环境之间的数据流。人工智能算法提供了癫痫发作、发作间期癫痫样尖峰和清醒-睡眠脑状态的准确目录。远程管理的记忆和情绪评估用于在 ANT-DBS 期间密集采样认知和行为反应。我们评估了低频和高频 ANT-DBS 的疗效。它们都减少了癫痫发作，但低频 ANT-DBS 显示出更大的减少以及更好的睡眠和记忆。这些结果凸显了同步脑传感和行为跟踪在优化神经调节疗法方面的潜力。
应用于边缘回路癫痫
作者：Vaclav Kremen 1,2*、Vladimir Sladky 1,3*、Filip Mivalt 1,4*、Nicholas M. Gregg 1、Irena Balzekas 1,5、Victoria Marks 1,5、Benjamin H. Brinkmann 1,5、Brian Nils Lundstrom 1、Jie Cui 1、Erik K. St Louis 6、Paul Croarkin 7、Eva C Alden 7、Julie Fields 7、Karla Crockett 1、Jindrich Adolf 4、Jordan Bilderbeek 5、Dora Hermes 5、Steven Messina 8、Kai J. Miller 9、Jamie Van Gompel 9、Timothy Denison 10、Gregory A. Worrell 1,5 1 梅奥诊所神经内科生物电子神经生理学和工程实验室，明尼苏达州罗切斯特 55905 2 捷克信息学、机器人学和控制论研究所，捷克技术大学，16000 布拉格，捷克共和国，3 捷克技术大学生物医学工程学院，16000 布拉格，捷克共和国，4 布尔诺理工大学电气工程与通信学院生物医学工程系，61600 布尔诺，捷克共和国。 5 梅奥诊所生理学和生物医学工程系，明尼苏达州罗切斯特 55905，6 梅奥诊所睡眠医学中心，神经病学和医学系，睡眠神经病学和肺部和重症监护医学分部，明尼苏达州罗切斯特 55905 7 精神病学和心理学系 8 梅奥诊所放射学系，明尼苏达州罗切斯特 55905 9 梅奥诊所神经外科系，明尼苏达州罗切斯特 55905 10 牛津大学医学研究委员会脑网络动力学部工程科学系，牛津 OX3 7DQ，英国 摘要 (218 字)颞叶癫痫 (TLE) 是一种常见的神经系统疾病，其特征是复发性局灶性癫痫发作。这些癫痫发作通常起源于内侧颞叶边缘网络和海马旁新皮质。 TLE 患者经常会经历与记忆、情绪和睡眠 (MMS) 相关的合并症。针对丘脑前核的深部脑刺激 (ANT-DBS) 是一种减少 TLE 癫痫发作的有效疗法，但改善癫痫发作和 MMS 合并症的最佳刺激参数仍不清楚。我们开发了一个神经技术平台，用于在 ANT-DBS 期间跟踪癫痫发作和 MMS，以解决这一临床差距。该平台支持大脑传感刺激植入物、紧凑型移动设备和基于云的数据存储、查看和计算环境之间的双向数据流。机器学习算法提供了准确、无偏见的癫痫发作、发作间期癫痫样尖峰 (IES) 和睡眠清醒脑状态目录，以告知 ANT-DBS。远程管理的记忆和情绪评估用于客观、密集地采样对 ANT-DBS 的认知和行为反应。在患有近中性 TLE 的参与者中，我们评估了低频与高频 ANT-DBS 的疗效。低频和高频 ANT-DBS 均能减少报告的癫痫发作。但连续低频 ANT-DBS 可显著减少电图癫痫发作和 IES，以及与高频 ANT-DBS 相比更好的睡眠和言语记忆。这些结果凸显了同步大脑感知和行为跟踪在优化神经调节疗法方面的潜力。
DyNeuMo Mk-1
DyNeuMo Mk-1：集成时间疗法的运动自适应神经刺激器的设计和试点验证 Mayela Zamora 1,2,1,* mayela.zamora@eng.ox.ac.uk、Robert Toth 2,1、Francesca Morgante 3,4、Jon Ottaway 5、Tom Gillbe 5、Sean Martin 6、Guy Lamb 5、Tara Noone 5、Moaad Benjaber 1,2、Zachary Nairac 1、Devang Sehgal 1、Timothy G. Constandinou 7,8、Jeffrey Herron 9、Tipu Z. Aziz 6、Ivor Gillbe 5、Alexander L. Green 6、Erlick AC Pereira 3,4、Timothy Denison 1,2,* timothy.denison@eng.ox.ac.uk 1 生物医学工程研究所，牛津大学工程科学系，牛津，英国 2 牛津大学纳菲尔德临床神经科学系 MRC 脑网络动力学部，牛津，英国 3 伦敦大学圣乔治分子与临床科学研究所神经科学研究中心，伦敦，英国 4 圣乔治医院阿特金森莫利地区神经科学中心神经外科系，伦敦，英国 5 Bioinduction Ltd.，布里斯托尔，英国 6 牛津大学约翰拉德克利夫医院神经外科系，牛津，英国 7 伦敦帝国理工学院电气与电子工程系，伦敦，英国 8 英国痴呆症研究所护理研究与技术中心，伦敦，英国 9 华盛顿大学神经外科系，西雅图，华盛顿州，美国* 通讯作者。摘要 人们对使用自适应神经调节来提供更个性化的治疗体验以改善患者治疗效果的兴趣日益浓厚。然而，目前的植入技术在自适应算法能力方面受到限制。为了探索慢性植入物的自适应算法，我们设计并验证了“Picostim DyNeuMo Mk-1”（简称 DyNeuMo Mk-1），这是一种完全可植入的自适应研究刺激器，可根据昼夜节律（例如睡眠、清醒）和患者的运动状态（例如姿势、活动、休克、自由落体）滴定刺激。该设计利用现成的消费技术，提供低功耗、高可靠性和相对适中的惯性传感。DyNeuMo Mk-1 系统的设计、制造和验证采用 ISO 13485 设计控制，包括 ISO 14971 风险管理技术，以确保患者安全，同时支持新算法。该系统已根据药品和保健产品管理局 (MHRA) 的紧急设备授权针对运动障碍的预期用例进行了验证。算法可配置性和扩展的刺激参数空间允许在中央和外围应用中探索许多应用程序。预期应用包括针对运动障碍的自适应刺激、将刺激与昼夜节律模式同步以及对姿势变化等瞬态惯性事件做出反应，神经植入物、脑刺激、活动识别、自适应控制、闭环系统、风险管理 1. 简介 随着自适应神经调节领域的快速发展，一个关键问题是使用什么信号来调整刺激传递；可以说，目前的重点是使用生物电信号来通知控制算法（Borton 等人，2020 年；Gunduz 等人，2019 年；Little 等人，2013 年；Priori 等人，2013 年）。作为领先的商业系统，Neuropace RNS 在美国被批准用于治疗难治性癫痫（Sun 和 Morrell，2014 年）。虽然很有希望，但响应性刺激对癫痫的最终益处仍然是未知的。