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毫米级无电池硬膜外皮质刺激器
毫米级无电池硬膜外皮质刺激器 Joshua E. Woods 1,& , Amanda L. Singer 1,2,& , Fatima Alrashdan 1 , Wendy Tan 1 , Chunfeng Tan 3 , Sunil A. Sheth 3 , Sameer A. Sheth 4 , Jacob T. Robinson 1,2,5,6,7 * 1 莱斯大学电气与计算机工程系，6100 Main St, Houston, TX, 77005 2 Motif Neurotech，702 Marshall St, Houston, TX, 77006 3 UTHealth McGovern 医学院神经内科，6431 Fannin St, Houston, TX, 77030 4 贝勒医学院神经外科系，1 Baylor Plaza, Houston, TX, 77030 5 莱斯大学生物工程系， 6100 Main St，休斯顿，德克萨斯州，77005 6 莱斯大学应用物理学项目，6100 Main St，休斯顿，德克萨斯州，77005 7 贝勒医学院神经科学系，1 Baylor Plaza，休斯顿，德克萨斯州，77030 & 这些作者贡献相同 * 通讯作者，jtrobinson@rice.edu 摘要 难治性神经和精神疾病越来越多地使用植入式神经调节装置进行脑刺激疗法治疗。然而，目前市售的刺激系统受到对植入式脉冲发生器和有线电源的需求的限制；这种架构的复杂性会产生多个故障点，包括导线断裂、移位和感染。实现微创方法可以增加获得这些疗法的机会。在这里，我们展示了第一个毫米大小的无导线脑刺激器，用于大型动物和人类受试者。这种数字化可编程的超脑治疗装置 (DOT) 宽度约为 1 厘米，但可以通过硬脑膜产生足够的能量来按需刺激皮质活动。这种极端的小型化是使用最近开发的磁电无线电力传输实现的，它使我们能够达到刺激大脑表面所需的功率水平，而无需直接接触皮质表面。这种外部供电的皮质刺激 (XCS) 开启了简单的微创外科手术的可能性，可以通过永不接触大脑表面的微型植入物实现精确、持久和在家的神经调节。当药物无效、效果不佳或产生无法忍受的副作用时，患者和临床医生越来越多地转向神经调节来寻求有效的治疗方法。对于帕金森病 (PD) 和特发性震颤 (ET)，深部脑刺激是治疗震颤 1 和其他症状 2 的标准治疗方法。对于重度抑郁症 (MDD) 和强迫症 (OCD) 等精神健康问题，越来越多的共识认为，当药物无法提供充分治疗时，通过神经生理学调节特定大脑区域的活动可以提供一种有效的治疗方法 3 。经颅磁刺激 (TMS) 就是应用这种刺激的一种方法。TMS 可以使用 1-2 特斯拉的外部磁场 4 ，非侵入性地激活大脑表面几毫米到几厘米大小的小区域，并且已经在大量临床研究中成功用于治疗神经精神疾病。自 1998 年以来，使用 TMS 治疗神经精神疾病的临床试验数量呈指数级增长，翻倍时间约为 2.5 年 5 。根据这些临床试验的数据，FDA 已批准使用 TMS 治疗难治性抑郁症，并且如果患者对传统抗抑郁疗法无效，大多数保险公司都会报销多次临床治疗的费用 6 。还有有希望的数据表明，TMS 可用于治疗强迫症 7 、创伤后应激障碍 8 和阿尔茨海默病 9 。虽然 TMS 是一种经过临床验证的疗法，但这种疗法有两个主要局限性。首先，TMS 系统目前需要大约 3 MW 10 的大峰值功率，这意味着它们目前仅获准在诊所使用。因此，对于住得离 TMS 设施较远或无法从工作或其他生活中抽出时间接受日常 TMS 治疗的患者，无法使用 TMS。其次，每次治疗定位可能不精确，因为每次患者在诊所时都必须对准刺激器。虽然还有其他非侵入性脑刺激形式，如经颅直流刺激 (tDCS) 和经颅交流刺激 (tACS)，但没有一种家用神经刺激技术得到广泛使用，可能是因为非侵入性电刺激器产生的电场无法达到直接激活大脑区域所需的场强，而不会激活头皮中的神经，而头皮神经会产生疼痛的副作用 11 。植入式刺激器可以提供精确的电刺激，持续激活大脑，但这些植入物需要复杂的外科手术，其成本和复杂性可能会限制患者的接受度。传统上，慢性刺激器的植入包括由电池供电的植入式脉冲发生器 (IPG)，通过电线连接到刺激部位 12–15 。当 IPG 植入胸部时，导线必须穿过头部和颈部，据报道，4% 至 15% 的植入导线会因频繁移动而发生导线移位和断裂 16,17 。或者，也可以将 IPG 植入颅骨中，这需要患者接受开颅手术 18,19 。尽管如此，这些类型的设备已成功用于根据这些临床试验的数据，FDA 已批准使用 TMS 治疗难治性抑郁症，并且如果患者对传统抗抑郁疗法无效，大多数保险公司会报销多次诊所治疗的费用 6。还有有希望的数据表明，TMS 可用于治疗强迫症 7、PTSD 8 和阿尔茨海默病 9。虽然 TMS 是一种经过临床验证的疗法，但这种疗法有两个主要局限性。首先，TMS 系统目前需要大约 3 MW 10 的大峰值功率，这意味着它们目前仅被批准用于诊所。因此，对于那些住得离 TMS 设施很远或无法抽出时间离开工作或其他生活活动来参加日常 TMS 治疗的患者来说，TMS 是无法使用的。其次，由于患者每次在诊所时都必须对准刺激器，因此每次治疗的定位可能不精确。虽然还有其他非侵入性形式的脑刺激，如经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS)，但没有一种家用神经刺激技术得到广泛使用，可能是因为非侵入性电刺激器产生的电场无法达到直接激活大脑区域所需的场强，而不会激活头皮中的神经，而头皮神经会产生疼痛的副作用 11 。植入式刺激器可以提供精确的电刺激，持续激活大脑，但这些植入物需要复杂的外科手术，其成本和复杂性会限制患者的采用。传统上，慢性刺激器的植入包括由电池供电的植入式脉冲发生器 (IPG)，通过电线连接到刺激部位 12–15 。当 IPG 植入胸部时，导线必须穿过头部和颈部，据报道，4% 至 15% 的植入导线因频繁移动而导致导线移位和断裂 16,17 。或者，也可以将 IPG 植入颅骨中，这需要患者接受开颅手术 18,19 。尽管如此，这些类型的装置已成功用于根据这些临床试验的数据，FDA 已批准使用 TMS 治疗难治性抑郁症，并且如果患者对传统抗抑郁疗法无效，大多数保险公司会报销多次诊所治疗的费用 6。还有有希望的数据表明，TMS 可用于治疗强迫症 7、PTSD 8 和阿尔茨海默病 9。虽然 TMS 是一种经过临床验证的疗法，但这种疗法有两个主要局限性。首先，TMS 系统目前需要大约 3 MW 10 的大峰值功率，这意味着它们目前仅被批准用于诊所。因此，对于那些住得离 TMS 设施很远或无法抽出时间离开工作或其他生活活动来参加日常 TMS 治疗的患者来说，TMS 是无法使用的。其次，由于患者每次在诊所时都必须对准刺激器，因此每次治疗的定位可能不精确。虽然还有其他非侵入性形式的脑刺激，如经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS)，但没有一种家用神经刺激技术得到广泛使用，可能是因为非侵入性电刺激器产生的电场无法达到直接激活大脑区域所需的场强，而不会激活头皮中的神经，而头皮神经会产生疼痛的副作用 11 。植入式刺激器可以提供精确的电刺激，持续激活大脑，但这些植入物需要复杂的外科手术，其成本和复杂性会限制患者的采用。传统上，慢性刺激器的植入包括由电池供电的植入式脉冲发生器 (IPG)，通过电线连接到刺激部位 12–15 。当 IPG 植入胸部时，导线必须穿过头部和颈部，据报道，4% 至 15% 的植入导线因频繁移动而导致导线移位和断裂 16,17 。或者，也可以将 IPG 植入颅骨中，这需要患者接受开颅手术 18,19 。尽管如此，这些类型的装置已成功用于每次治疗定位可能不精确，因为患者每次去诊所时都必须对准刺激器。虽然还有其他非侵入性形式的脑刺激，如经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS)，但没有一种家用神经刺激技术得到广泛使用，可能是因为非侵入性电刺激器产生的电场无法达到直接激活大脑区域所需的场强，而不会激活头皮中的神经，从而产生疼痛的副作用 11 。植入式刺激器可以提供精确的电刺激，持续激活大脑，但这些植入物需要复杂的外科手术，其成本和复杂性可能会限制患者的采用。慢性刺激器的植入传统上包括由电池供电的植入式脉冲发生器 (IPG)，并通过电线连接到刺激部位 12–15 。当 IPG 植入胸部时，导线必须穿过头部和颈部，频繁移动会导致导线移位和断裂，据报道，植入导线中有 4% 至 15% 会发生这种情况 16,17 。或者，也可以将 IPG 植入颅骨中，这需要患者接受开颅手术 18,19 。尽管如此，这些类型的设备已成功用于每次治疗定位可能不精确，因为患者每次去诊所时都必须对准刺激器。虽然还有其他非侵入性形式的脑刺激，如经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS)，但没有一种家用神经刺激技术得到广泛使用，可能是因为非侵入性电刺激器产生的电场无法达到直接激活大脑区域所需的场强，而不会激活头皮中的神经，从而产生疼痛的副作用 11 。植入式刺激器可以提供精确的电刺激，持续激活大脑，但这些植入物需要复杂的外科手术，其成本和复杂性可能会限制患者的采用。慢性刺激器的植入传统上包括由电池供电的植入式脉冲发生器 (IPG)，并通过电线连接到刺激部位 12–15 。当 IPG 植入胸部时，导线必须穿过头部和颈部，频繁移动会导致导线移位和断裂，据报道，植入导线中有 4% 至 15% 会发生这种情况 16,17 。或者，也可以将 IPG 植入颅骨中，这需要患者接受开颅手术 18,19 。尽管如此，这些类型的设备已成功用于
硬膜下皮质电刺激中的伪影传播
通过脑皮层电图 (ECoG) 进行皮层刺激可能是在双向脑机接口 (BD-BCI) 中诱导人工感觉的有效方法。然而，电刺激引起的强电伪影可能会显著降低或掩盖神经信息。详细了解刺激伪影通过相关组织的传播可能会改进现有的伪影抑制技术或启发开发新的伪影缓解策略。因此，我们的工作旨在全面描述和模拟硬膜下 ECoG 刺激中伪影的传播。为此，我们收集并分析了四名患有癫痫并植入硬膜下 ECoG 电极的受试者的雄辩皮层映射程序数据。从这些数据中，我们观察到伪影在所有受试者的时间域中都表现出锁相和棘轮特性。在频域中，刺激导致宽带功率增加，以及基频刺激频率及其超谐波的功率爆发。伪影的空间分布遵循电偶极子的电位分布，在所有受试者和刺激通道中，拟合优度中值为 R 2 = 0.80。高达 ± 1,100 µ V 的伪影出现在距离刺激通道 4.43 至 38.34 毫米的任何地方。这些时间、光谱和空间特性可用于改进现有的伪影抑制技术，启发新的伪影缓解策略，并有助于开发新的皮质刺激方案。总之，这些发现加深了我们对皮质电刺激的理解，并为未来的 BD-BCI 系统提供了关键的设计规范。
必需宿主基因MMS21的自然变体限制了酿酒酵母中的2-微米质粒
抽象的迷幻药物是有意识状态的有效调节剂，因此是研究其神经生物学的强大工具。n，n，二甲基丁胺（DMT）可以迅速诱导以生动且精致的视觉图像为特征的极端身临其境的意识状态。在这里，我们研究了DMT诱导的改变状态的电生理相关性，这些参与者接受了DMT和（分别）安慰剂（盐水），同时指示闭上眼睛。与我们的假设一致，结果表明，皮质激活的时空模式（即行进波）类似于视觉刺激引起的。此外，闭合眼静止的典型自上而下的α波段节奏显着下降，而底部向前波则显着增加。这些结果支持最近的模型，该模型建议迷幻药减少“先验的精确加权”，从而改变自上而下的信息与自下而上信息的平衡。这些发现的强大假设征服性质意味着发现了一个重要的机械原理，基于迷幻诱导的改变状态的基础。
皮质视觉假体的最新进展
摘要 — 有人提出，通过植入皮层中的电极对初级视觉皮层 (V1) 进行电刺激，可帮助患有各种视力障碍的患者恢复视力。尽管成功诱发了人类受试者的视觉感知，但基于电极的皮层植入物的稳定性仍然有限，部分原因是复杂的生物和化学反应会随着时间的推移降低单个电极的有效性。此外，通过传统电极进行的电刺激无法避免激活远处神经元的轴突，从而降低了植入设备可能达到的潜在敏锐度。微线圈的磁刺激是一种潜在的传统电极替代品，因为使用感应来激活神经元可以提供长期稳定的界面，而且线圈产生的空间不对称场可以定向以避免不必要的轴突激活。我们在此介绍新型可植入微线圈，并通过体外和体内动物实验证明其有效性。
皮质患者的AAC住宿指南
详细说明符号时，请考虑符号的复杂性。考虑如何简化符号但保持其视觉显着性。带有许多细节的图像在视觉上可能更复杂。一些易于解释的符号是真实的照片和与个人体验直接相关的逼真的颜色图纸。例如，与其为卧室选择PCS符号，而是个人的实际卧室照片对他们来说可能更有意义。尽管视觉上可能很复杂，但它可能更相关，并帮助他们识别周围的项目。黑白符号和面孔对于患有CVI的人来说很难解释。请咨询TVI，以输入个人可以轻松识别的内容以及需要更多支持的领域。运动记忆，上下文学习和建模将帮助某人学习符号（Tietjen，M。，2020）。选择符号时，您也不需要使用一种类型的符号（例如PC，真实照片，高对比度）。它可以最好地混合和匹配符号类型，以帮助视觉独特性。
皮质钙动力学的数据驱动分割
在整个大脑半球体上神经元钙通量的经颅视频中解散信号是在映射皮质组织特征之前的关键步骤。在这里我们揭示了独立的成分分析可以最佳地恢复神经信号的含量，以捕获的神经元记录，以最小采样率为1.5×10 6像素，每100毫秒框架以17分钟的速度以1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：1。我们表明，从组件获得的一组空间和时间指标可用于构建一个随机的森林分类器，该分类器可自动以人为性能分离神经活动和伪影组件。使用此数据，我们建立了小鼠皮层的功能分割，以每个半球体提供〜115个域的图，其中提取的时间课程最大地表示每个记录中的基本信号。域图显示了大量的区域基序，高阶皮质区域呈现出较大的怪异结构域，而较小的圆形域则是原发性感觉区域中的较小圆形区域。数据驱动的视频分解和信号源的机器层化的工作流程可以极大地增强复杂脑动力学的高质量映射。
人类皮质场景处理的发展
在过去的三十年中，研究大大提高了我们对成人人类场景的理解，发现了三个“场景选择”大脑区域的网络：Parahippocampal Place区域（PPA； Epstein＆Kanwisher，1998），枕形区域（OPA; Dilks等，2013）和reverosplenial（refosplenial; ragu complect; ragu; ragu; ragu; ragu; ragu; rague; ragu; rag rsc; rag rsc; rsc; rag rsc; rcy; rsc; rag rsc; rsc; rsc；这些区域是所谓的场景选择性的，因为它们每个区域对场景图像的响应大约是对象，面部和其他类别的响应，但有趣的是，每个在场景处理中播放的特定功能上有所不同。具体来说，我们最近提出，PPA支持我们将场景识别为特定位置（场景分类）的能力，OPA支持我们在立即可见的位置（视觉引导导航）导航的能力，RSC支持我们在更广泛的环境中导航的能力（基于MAP基于MAP的NavigaTion; Dilks et eilks et; Dilks等。1）。但是皮质场景如何发展？要在此问题上获得最初的牵引力，最早的
孕产妇虐待：与后代大脑体积和白质连接性的关联
大脑皮层被组织成独特但相互联系的皮质区域，可以通过在皮质表面上静止状态功能连通性（FC）的突然差异来定义。这种皮质的这种细胞是在成人和年龄较大的婴儿中得出的，但是没有广泛使用的表面细胞用于新生儿大脑。在这里，我们首先证明了现有的壁细胞，包括源自较旧样品的基于表面的包裹以及基于体积的新生儿包裹，非常适合新生儿表面数据。接下来，我们从n = 261个新生儿样本中得出一组283个皮层表面包裹。这些包裹具有高度同质的FC模式，并使用三个外部新生儿数据集进行了验证。Infomap算法用于为每个包裹分配功能网络身份，而派生的网络与新生儿的先前工作一致。所提出的分析可能代表新生儿皮质区域，并为新生儿神经影像学研究提供了强大的工具。
快速重建拓扑正确的皮质表面
基于网格的大脑皮层重建是脑图像分析的基本组成部分。经典的、迭代的皮层建模流程虽然稳健，但通常很耗时，这主要是因为涉及拓扑校正和球面映射的程序成本高昂。最近使用机器学习方法解决重建问题的尝试加速了这些流程中的一些组件，但这些方法仍然需要缓慢的处理步骤来强制执行符合已知解剖结构的拓扑约束。在这项工作中，我们引入了一种基于学习的新型策略 TopoFit，它可以快速将拓扑正确的表面拟合到白质组织边界。我们设计了一个联合网络，采用图像和图形卷积以及高效的对称距离损失，以学习预测将模板网格映射到特定于受试者的解剖结构的准确变形。该技术涵盖了当前网格校正、微调和膨胀过程的工作，因此与传统方法相比，它为皮层表面重建提供了 150 倍的更快解决方案。我们证明 TopoFit 是 1。比目前最先进的深度学习策略准确率高出 8 倍，并且对白质组织低信号等常见故障模式具有很强的鲁棒性。关键词：皮质表面重建、拓扑、几何深度学习
婴儿期皮层组织的变化
Greenough的预期可塑性模型用于检查四组8个月大的婴儿的脑电图连贯性，这些婴儿的手提和kne虫爬行的经历各不相同。组包括前婴儿，具有1-4周经验的新手爬行者，有5-8周的婴儿以及9周以上经验的长期爬行者。静止的脑电图记录在两个半球的额叶，顶和枕骨位置。脑膜内部位点之间的EEG连贯性。新手爬行者（1-4周）表现出比前婴儿或经验丰富的爬行者更大的连贯性。这些数据表明，运动的预期和发作与皮质皮质连接的过度生产有关。这些过多的连接的修剪可能是随着爬行变得更加常规的来源，可能是连贯性下降的来源。0 1996 John Wiley＆Sons，Inc。