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中枢神经系统的无创脑电刺激
1 tES 设备和提供剂量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....................................................................................................................................................................................................................................... 8 2.2 自粘式一体化电极....................................................................................................................................................................................................... 8 2.3 高清（HD）电极....................................................................................................................................................................................................... 8 2.3 高清电极....................................................................................................................................................................................................................... 8 2.4 高清电极....................................................................................................................................................................................................................... 8 . . . . . . 9 2.4 手持导体上的游离电解液. . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 导电橡胶电极上的游离糊剂. . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.6 干电极. . . . . . . . . . . . . . . ....................................................................................................................................................................................................................................... 11 2.7 预盐化电极............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 11 3 电极电阻............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 11 3 电极电阻.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... .................................................................................................................................................................................19 9 讨论：争议和未来方向....................................................................................................................................................................................................................................................................20 参考文献....................................................................................................................................................................................................................................................................... ... .... .... .... 21
非侵入性大脑 - 计算机界面的功能超声的出现
非侵入性大脑 - 计算机界面是对大脑的综合分析和理解的核心任务，在国际脑科学研究中是一个重要的挑战。当前植入的大脑计算机界面是颅和侵入性的，这极大地限制了其应用。新的非侵入性阅读和写作技术的发展将在脑部计算机接口领域提高实质性创新和突破。在这里，我们回顾了超声脑功能成像及其应用的理论和发展。此外，我们介绍了超声大脑调节及其在啮齿动物，灵长类动物和人类中的应用中的最新进步；还提供了基于脑电图的机理和闭环超声神经调节。最后，基于超声超级分辨率成像和声学镊子，高频声学无创脑 - 计算机的界面被验证。
磁时间干扰用于非侵入性局部脑刺激
摘要 — 过去三十年来，对深层脑区进行非侵入性刺激一直是神经科学和神经调节的主要目标。例如，经颅磁刺激 (TMS) 无法在不激活上覆组织的情况下瞄准脑深层区域，并且空间分辨率较差。在本文中，我们提出了一个新概念，该概念依赖于两个电磁螺线管产生的两个高频磁场的时间干扰。为了说明这一概念，我们制造并优化了定制螺线管，以产生用于啮齿动物脑刺激的时间干扰电场。C-Fos 表达用于跟踪神经元激活。仅受一个高频磁场影响的区域中不存在 C-Fos 表达，表明非目标区域中的神经活动募集无效。相反，受两个干扰以产生低频包络的场影响的区域显示出 c-Fos 表达的强烈增加。因此，这种基于磁时间干扰螺线管的系统提供了一个框架来执行进一步的刺激研究，以研究它与传统 TMS 系统相比可能带来的优势。索引词——磁刺激、磁干扰、螺线管、非侵入性、大鼠。
中风康复中无创脑刺激的叙述性回顾
中风是一种具有高发病率和残疾率的疾病，导致神经网络和Corti Coilti Coid-Subbordical兴奋性以及各种功能障碍的变化。本研究的目的是讨论研究和局限性的当前状态以及潜在的脑刺激（NIB）在中风后患者中的应用。本文献评论的重点是临床研究和评论。Literature retrieval was conducted in PubMed, Cochrane, Scopus, and CNKI, using the following keywords: Repeated tran scranial magnetic stimulation, Transcranial direct current stimulation, Transcranial alternating current stimu lation, Transcranial alternating current stimulation, Transcranial focused ultrasound, Noninvasive vagus nerve stimulation, Stroke, and Rehabilitation.我们从1985年至2022年选择了200个相关出版物。概述了有关在势后患者中使用Nibs的最新研究，包括其机制，治疗性的体系，效果和安全性。发现笔尖对运动，感觉，认知，语音，吞咽和中风后的运动功能障碍具有积极的治疗作用，但仍缺乏标准化的刺激程序。文献表明，RTMS和TDC对中风后患者更有益，而TFUS和TVNS目前的研究后进行后恢复后康复更少，但也是潜在的干预措施。
大脑区域的靶向非侵入性基因治疗
1 Department of Bioengineering, Rice University, Houston, TX 77030, USA 2 Rice Neuroengineering Initiative, Rice University, Houston, TX 77030, USA 3 Synthetic, Systems, and Physical Biology Program, Rice University, Houston, TX 77005, USA 4 Applied Physics Program, Rice University, Houston, TX 77005, USA Correspondence should be addressed to J.O.S.（jszab@rice.edu）摘要集中的超声脑屏障开口（FUS-BBBO）可以提供与腺相关的病毒载体（AAVS）来治疗大脑的遗传疾病。但是，这些疾病通常会影响大脑区域。此外，尚未评估FUS-BBBO在治疗大脑遗传疾病中的适用性。在此，我们同时评估了开放多达105个地点的转导效率和安全性。增加目标位点的数量提高了每个站点的基因递送效率。我们在大多数大脑区域中实现了多达60％的脑细胞的转导，具有可比的效率。此外，即使所有105个位点同时靶向，也没有对动物体重，神经元丧失或星形胶质细胞激活的负面影响，但使用FUS-BBBO的基因递送也是安全的。为了评估多部位FUS-BBBO在基因疗法中的应用，我们使用它用于基因编辑，使用群集的定期散布的短腔植物重复序列（CRISPR）/CRISPR-相关的9（CAS9）系统，并建立了有效的基因编辑，但在目标部位也丧失了神经元的损失。总体而言，这项研究提供了整个脑部转导效率的图和基因编辑的第一个例子，该基因编辑是在特定地点的非侵入性基因递送到大脑区域之后的。
推进无创机械通气：模拟技术改善呼吸护理
呼吸衰竭是一种危重疾病，通常需要机械通气来支持或恢复正常呼吸。虽然有创机械通气 (IMV) 通常用于重症病例，但无创机械通气 (NIMV) 提供了一种侵入性较小的替代方案，可减少并发症，并可用于中度病例。COVID-19 大流行凸显了全球呼吸机短缺的问题，尤其是在中低收入国家 (LMIC)，这些国家无法获得救生设备，加剧了危机。为了应对这些挑战，本文提出了一种简化的、基于隔室的 NIMV 模拟模型。该模型提供了一种实用且易于访问的工具，用于模拟各种通气模式下的呼吸系统行为，使用电路和肺生理学之间的类比。通过模拟气道阻力和肺顺应性等关键参数，该模型允许临床医生和研究人员评估呼吸机性能并优化治疗策略。此外，该模拟为开发可在资源受限环境中部署的经济高效、易于使用的 NIMV 系统提供了蓝图。我们的贡献旨在通过更好地设计和理解无创通气来解决呼吸机短缺的问题，最终改善中度呼吸衰竭患者的呼吸护理。
激酶调节的生物发光指标使大脑中的药物活性无创成像
＆这些作者同样贡献了相应的作者mzlin@stanford.edu异常激酶活性有助于大脑癌，神经变性和神经精神疾病的发病机理，但识别出在大脑中功能的激酶抑制剂，这是具有挑战性的。血液中的药物水平不能预测大脑的功效，因为血脑屏障可以阻止大多数化合物的进入。相反，评估大脑中的激酶抑制需要组织解剖和生化分析，这是耗时和资源密集的过程。在这里，我们报告了基于最近优化的荧光素酶卢西蛋白系统的激酶调节的生物发光指标（Kimbis），用于对大脑中药物活性的非侵入性纵向成像。我们开发了一个ERK Kimbi来报告RAS-RAF-MEK-ERK途径的抑制剂，为此，以前没有生物发光指标。erk kimbi区分脑渗透剂和非渗透剂MEK抑制剂，揭示了异种移植模型中的血肿瘤屏障泄漏，并报告了MEK抑制剂在天然脑组织和颅内内部异种移植物中的抑制剂抑制剂。最后，我们使用ERK Kimbi来筛选ERK抑制剂以提高脑功效，将Temuterkib鉴定为有前途的脑活动ERK抑制剂，这一结果不能仅靠化学特性。因此，金比斯能够对适合治疗脑疾病的激酶抑制剂的快速鉴定和药效学表征。然而，以前为治疗大脑以外的疾病而开发的大多数激酶途径抑制剂不会有效地越过血脑屏障（BBB）1,3,6。确定药物浓度的另一种方法异常激酶活性驱动中枢神经系统多种疾病的发病机理，包括大脑1-4中的原发性脑肿瘤和转移性癌症，神经退行性疾病，例如阿尔茨海默氏病和帕金森氏病5,6，以及诸如双色性疾病和schizophrenia的精神疾病。因此，人们对开发新药有效抑制大脑中特定的激酶途径有很大的兴趣1,3,6。RAS-RAF-MEK-ERK途径的脑部佩里抑制剂将具有特别广泛的潜在应用。 在大量的实体瘤中，这种途径（以下简称RAS-ERK途径）过度活化，其中许多途径向大脑转移3,4。 例如，在上游受体酪氨酸激酶EGFR和HER2中通常观察到突变在肺和乳腺癌的脑转移中，以及黑色素瘤4中的B-RAF。 没有对RAS-ERK途径成分的抑制剂已被专门批准用于脑肿瘤，尽管许多人正在临床研究1-4,8。 抑制剂批准用于颅外癌症，可以针对原发性肿瘤的脑转移患者施用，但结果通常是混合的，直到最近才进行针对脑转移的临床试验4。 因此，对体内RAS-ERK途径抑制剂的颅内活性的快速评估对于识别哪种认可或实验化合物可能最成功。 在典型的药物发现工作中，在开始昂贵的体内功效研究之前，先筛选具有适当体外效力和选择性的候选分子，以获得合适的药代动力学。RAS-RAF-MEK-ERK途径的脑部佩里抑制剂将具有特别广泛的潜在应用。在大量的实体瘤中，这种途径（以下简称RAS-ERK途径）过度活化，其中许多途径向大脑转移3,4。例如，在上游受体酪氨酸激酶EGFR和HER2中通常观察到突变在肺和乳腺癌的脑转移中，以及黑色素瘤4中的B-RAF。没有对RAS-ERK途径成分的抑制剂已被专门批准用于脑肿瘤，尽管许多人正在临床研究1-4,8。抑制剂批准用于颅外癌症，可以针对原发性肿瘤的脑转移患者施用，但结果通常是混合的，直到最近才进行针对脑转移的临床试验4。因此，对体内RAS-ERK途径抑制剂的颅内活性的快速评估对于识别哪种认可或实验化合物可能最成功。在典型的药物发现工作中，在开始昂贵的体内功效研究之前，先筛选具有适当体外效力和选择性的候选分子，以获得合适的药代动力学。对于大脑以外的适应症，通常通过在给药后的不同时间测量血液中的药物浓度来评估药代动力学。然而，血液中的药物浓度与BBB 9引起的大脑浓度不同。因此，对于大脑靶标，药代动力学需要在药物给药后的不同时间获得脑组织，这是一种终末低通量手术。
深度学习分类对持续无创脑机接口控制的好处
图 1 | BCI 数据的持续深度学习分类。在线 BCI 任务期间记录的 EEG 数据滑动窗口用于训练 Schirrmeister 等人（2017 年）报告的浅层 CovNet 架构。这些窗口长 500 毫秒，每 40 毫秒移动一次。根据提供的数据训练了两种类型的模型。“运动模型”使用与在线 BCI 实验相同的运动皮层电极蒙太奇进行训练。“所有模型”均使用所有可用电极进行训练。在连续步骤中，浅层 CovNet 架构使用密集层和 softmax 变换执行时间卷积、空间滤波、平方非线性、均值池化、对数变换和线性分类。在测试期间，训练后的模型为每个窗口提供类成员的估计概率。在模拟光标控制环境中，具有最高估计概率的类（红色圆圈）用于将虚拟光标移动到该最高估计概率的方向，并与该最高估计概率成比例。通过改变试验分类所需的总概率阈值（神经网络输出随时间的总和），探索了神经网络预测和控制系统之间的功能映射。低概率阈值模拟更快的光标控制，而高阈值模拟更慢的光标控制（有关更多详细信息，请参阅文本）。
基于干细胞的早期哺乳动物发育模型
14天，可能会引起不适。11此外，患有糖尿病前期和2型糖尿病的个体通常不会得到处方的CGM，但仍可能会受益于获得详细的血糖模式。因此，估计血糖偏移的非侵入性方法可能对不可选择的CGM的广泛患者有益。许多研究已经分析了葡萄糖液体是否诱导生理特征的变化。11,12最常见的方法包括电气和光学测量，例如心电图（ECG），PhotoplethySmog-raphy（PPG），近红外（NIR）光谱，电动生物防护性和皮肤温度。12中，ECG是检测葡萄糖水平的有前途的解决方案。13-16先前的研究表明，葡萄糖水平会诱导ECG QRS复合物的形态变化，例如校正的QT间隔，QT间隔和RT振幅比率的变化，17-21，心率和心率变异性的变化（HRRV）。22,23
脑电波：一种无创刺激脑部节律的灵活方法
尽管许多研究表明多种疾病中的脑部节奏异常，但靶向深脑区域的有限手段却限制了驱动大脑节奏的治疗潜力。因此，我们开发了一种无创的毫秒精确的感觉刺激，以驱动脑节律。在这里，我们首次介绍了新开发的开源软件和指令，用于建筑，测试，调试，并使用脑电波（大脑广谱音频/视觉曝光）刺激。我们证明了多种物种和不同实验环境之间的脑电波刺激。这些方法构成了一种可自定义的，开源，可访问和无创的技术，可刺激脑振荡，从而有因果测试节奏的大脑活动如何影响脑功能。