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人类体感皮层的阈下皮层内微刺激增强触觉敏感性
体感皮层的皮层内微刺激 (ICMS) 可激活刺激电极周围的神经元并引发触觉。然而，目前尚不清楚皮层神经元的直接激活如何影响它们处理来自皮肤的其他触觉输入的能力。在左、右体感皮层均植入慢性微电极阵列的人体中，我们在同时提供 ICMS 的同时向皮肤施加机械振动，并量化机械和电刺激对触觉的影响。我们发现阈下 ICMS 增强了皮肤触摸的敏感度，证据是振动触觉检测阈值降低（中位数：-1.5 dB），但阈下振动不会系统性地影响 ICMS 的可检测性。超阈值振动导致 ICMS 阈值增加（中位数：2.4 dB），但超阈值 ICMS 对振动触觉阈值影响不大。 ICMS 引起的振动触觉敏感性增强与位置有关，刺激电极的投射场和振动刺激的位置距离越远，效果大小越小。这些结果表明，仅对皮质进行有针对性的微刺激就可以局部增强触觉敏感性，有可能恢复或加强受伤后保留的触觉。
通过对人皮层的图案微刺激的触觉边缘和运动
11 Shirley Ryan能力实验室，伊利诺伊州芝加哥。¥对应：vallegiacomo@gmail.com†体感皮质的同等贡献的心理内微刺激（ICMS）会唤起触觉感觉，可以通过改变电极和刺激参数1-3来系统地操纵其位置和特性。这种现象可用于从脑控制的仿生手传达有关对象相互作用的反馈。但是，ICMS当前提供了艰巨的触摸感，限制了灵巧的对象操纵和对神经假体系统的有意识体验。利用我们对S1 4,5中这些感官特征如何编码的理解，我们试图扩展基于ICMS的人工触摸的曲目，以提供有关瘫痪者中对象的局部几何形状和运动的信息。首先，我们通过多个空间图案的电极同时传递了ICM，采用了对齐投影场（PFS）的特定布置。未提及的参与者报告了边缘的感觉。接下来，我们创建了更复杂的PFS，发现参与者可以直观地感知任意触觉形状和皮肤压痕模式。通过依次通过具有空间不连续的PF的电极传递图案化的ICM，我们甚至可以唤起整个皮肤的运动感觉，即我们能够系统地操纵的方向和速度。我们得出的结论是，受我们对S1中触觉编码的理解启发的ICM的适当时空图案可以引起复杂的感觉。我们的发现有助于推动人造触摸的界限，从而丰富了参与者的有意识的感觉体验，从简单的人造知觉到模仿自然触摸的高度信息的感觉。
小鼠视皮层内微刺激和视觉刺激引起的神经和血流动力学反应的激活和抑制
目的 . 皮层内微刺激是当代脑机接口中恢复感官知觉的有效方法。然而，更好地控制神经元反应的机制以及神经元活动与刺激部位周围发生的其他伴随现象之间的关系仍不太清楚。方法 . 使用宽视野和双光子成像在 Thy1-GCaMP6s 小鼠体内研究了不同的微刺激频率，以评估在多个空间尺度上引起的兴奋性神经反应以及诱发的血流动力学反应。具体而言，我们量化了刺激引起的小鼠视觉皮层神经元激活和抑制，并使用中观尺度宽视野成像测量了血流动力学氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白信号。主要结果 . 我们的钙成像结果显示，低频刺激更有利于驱动更强的神经元激活。神经 28 激活后的抑郁反应偏好与激活相比略高频率的刺激。血流动力学信号 29 表现出与神经钙信号相当的空间扩展。在激活后（抑郁）期间，刺激部位周围的氧合血红蛋白浓度保持升高。通过双光子显微镜测量的躯体和神经纤维网钙 31 反应显示出对刺激参数的相似依赖性，32 尽管在躯体中测得的幅度大于在神经纤维网中。此外，与神经纤维网相比，更高频率的 33 刺激在躯体中诱导更明显的激活，而抑郁 34 主要在躯体中诱导，与刺激频率无关。意义。这些结果表明 35 抑郁症的潜在机制不同于激活，需要充足的氧气供应，并影响 36 神经元。我们的研究结果为皮层内微刺激引起的兴奋性神经元活动提供了新的理解，并为利用激活和抑制现象来实现所需神经反应的神经装置提供了见解。
微刺激
预期使用Gen III Microplate™测试面板使用94种生化测试提供了标准化的微方法，以剖面并识别革兰氏阴性和革兰氏阴性细菌的广泛范围。生物学的微生物识别系统软件（例如Omnilog®数据收集）用于从Gen III微板岩中的表型模式中鉴定细菌。描述生物Gen III微镀酸盐分析了94个表型测试中的微生物：71个碳源利用分析（图1，列1-9）和23种化学敏感性测定（图1，列，10-12列）。测试面板提供了微生物的“表型指纹”，可用于在物种水平上识别它。所有必要的营养物质和生化物都被预填充并干燥成96孔的微板井。四唑氧化还原染料用于比色表示碳源的利用或对抑制性化学物质的抗性。进行测试非常简单，如图2所示。要鉴定的分离物在琼脂培养基上生长，然后在推荐的细胞密度下悬浮在特殊的“胶凝”接种液3（IF）中。然后将细胞悬浮液接种到Gen III微板酸盐中，每孔100 µL，然后将微孔板孵育以使表型指纹形成。接种时，所有井都无色。在孵育过程中，在细胞可以利用碳源和/或生长的井中呼吸增加。增加的呼吸导致四唑氧化还原染料的减少，形成紫色。图1。负井仍然无色，负面对照井（A-1）也没有碳源。也有一个阳性对照井（A-10）用作10-12列中化学敏感性测定的参考。孵化后，将紫色井的表型指纹与生物学广泛的物种文库进行了比较。如果发现匹配，则将进行分离物的物种水平识别。在微板元素III微板TM
通过对人类体感皮层的微刺激实现人造触觉的镶嵌
当我们与物体互动时，我们依靠手部发出的信号来传达有关物体及其互动的信息。这些互动的一个基本特征是手与物体接触的位置，而这通常只能通过触觉获得。大脑控制的仿生手与物体接触位置的信息可以通过体感皮层 (S1) 的皮层内微刺激 (ICMS) 发出信号，从而引起位于特定皮肤区域的触觉。为了提供直观的位置信息，机械手上的触觉传感器通过电极驱动 ICMS，这些电极在与传感器位置匹配的皮肤位置引起感觉。这种方法要求 ICMS 引起的感觉是局部的、稳定的，并分布在手上。为了系统地研究 ICMS 引起的感觉的定位，我们分析了 ICMS 引起的感觉的投影场 (PF) - 它们的空间范围 - 这些报告来自三位在 S1 中植入微电极阵列的参与者多年来获得的报告。首先，我们发现 PF 的大小在不同电极之间差异很大，在电极内高度稳定，分布在每个参与者手的大片区域，并且随着 ICMS 的幅度或频率增加而增大。其次，虽然 PF 位置与刺激电极附近神经元的受体场 (RF) 位置相匹配，但 PF 往往会被相应的 RF 所取代。第三，多通道刺激产生的 PF 反映了组成通道的 PF 的结合。通过具有大量重叠 PF 的电极进行刺激，我们可以唤起一种主要在组成 PF 交叉点处体验到的感觉。为了评估这种现象的功能后果，我们在仿生手中实现了基于多通道 ICMS 的反馈，并证明产生的感觉比通过单通道 ICMS 引起的感觉更易于定位。
体感皮质的生物映射多通道微刺激传达了仿生手的高分辨率力反馈
手动相互作用与对象相互作用受到手的触觉信号的支持。这种触觉反馈可以通过体感皮质（S1）的心脏内微刺激（ICM）在脑控制的仿生手中恢复。在基于ICMS的触觉反馈中，可以通过基于仿生手上力传感器的输出调节刺激强度来发出接触力，这又调节了感知的感觉的幅度。在本研究中，我们在三名参与者中衡量了基于ICMS的力反馈的动态范围和精度，这些参与者植入了S1中的微电极阵列。为此，我们测量了由于ICM振幅增加以及参与者区分不同强度水平的能力而导致的感觉幅度的增加。然后，我们通过实施“仿生” ICMS培训来评估是否可以提高反馈的忠诚度，旨在唤起神经元活动的模式，这些模式更紧密地模仿那些自然接触的人，并一次通过多个通道传递ICMS。我们发现，多通道仿生ICMS产生的感觉比单通道对应物更强，更有区别。最后，我们用仿生手实施了仿生多通道反馈，并让参与者执行合规性歧视任务。我们发现，仿生多通道触觉反馈对单渠道线性对应物产生了改善的歧视。我们得出的结论是，多通道仿生的ICMS传达了精细分级的力反馈，该反馈更接近自然接触所赋予的灵敏度。
对人皮质中直接电微刺激的神经元尖峰响应
微刺激可以调节单个神经元的活性影响行为，但是刺激对神经尖峰的影响是复杂的，并且仍然了解不足。这在人大脑中尤其具有挑战性，因为单个神经元的响应特性稀疏和异质。在这里，我们在6位参与者（3位女性）中使用人前颞叶中的微电极阵列来检查单个神经元对通过多个不同不同刺激位点进行微刺激的尖峰反应。我们证明可以使用不同的刺激位点的激发或触发来驱动单个神经元，这表明一种方法可以在单神经元水平上直接控制尖峰活动。尖峰反应在接近刺激部位的神经元中是抑制性的，而兴奋反应在空间上更为分布。一起，我们的数据表明，可以在人皮质中可靠地识别和操纵单个神经元的尖峰反应。
清醒灵长类动物皮层神经元对皮层内微刺激的反应
摘要 皮层内微刺激 (ICMS) 常用于许多实验和临床范例；然而，它对神经元激活的影响仍未完全了解。为了记录清醒非人类灵长类动物皮层神经元对刺激的反应，我们在通过植入三只恒河猴初级运动皮层 (M1) 的犹他阵列提供单脉冲刺激的同时记录了单个单位活动。输送到单通道的 5 到 50 m A 之间的刺激可靠地引发了整个阵列中记录的神经元尖峰，延迟长达 12 毫秒。ICMS 脉冲还会引发一段长达 150 毫秒的抑制期，通常在初始兴奋反应之后发生。电流幅度越高，引发尖峰的概率就越大，抑制持续时间也越长。在神经元中引发尖峰的可能性取决于自发放电率以及其最近尖峰时间和刺激开始之间的延迟。 2 到 20 Hz 之间的强直重复刺激通常会调节诱发尖峰的概率和抑制的持续时间；高频刺激更有可能改变这两种反应。在逐次试验的基础上，刺激是否诱发尖峰并不影响随后的抑制反应；然而，它们随时间的变化通常是正相关或负相关的。我们的研究结果证明了皮质神经对电刺激反应的复杂动态，在将 ICMS 用于科学和临床应用时需要考虑这些动态。
人类体感皮层对微刺激频率的感知
摘要 体感皮层的微刺激可引发人工触觉感知，并可纳入双向脑机接口 (BCI) 以恢复受伤或患病后的功能。然而，人们对刺激参数本身如何影响感知知之甚少。在这里，我们通过植入两名颈脊髓损伤人类参与者体感皮层的微电极阵列进行刺激，并改变刺激幅度、频率和刺激序列持续时间。增加幅度和刺激序列持续时间会增加所有测试电极上的感知强度。令人惊讶的是，我们发现增加频率会在某些电极上引发更强烈的感知，但在其他电极上引发的感知强度较低。这些不同的频率-强度关系分为三组，它们在不同的刺激频率下也会引起不同的感知质量。相邻的电极位置更有可能属于同一组。这些结果支持了刺激频率直接控制触觉感知的想法，并且这些不同的感知可能与体感皮层的组织有关，这将有助于双向 BCI 刺激策略的原则性发展。
清醒灵长类动物皮层神经元对皮层内微刺激的反应
未经同行评审认证）是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者（此版本于 2022 年 5 月 4 日发布。；https://doi.org/10.1101/2022.03.30.486457 doi：bioRxiv preprint