随着研究人员建立了“生物计算机”,人类和机器的合并又向前迈出了一步。生物工程师将实验室生长的人脑组织与微电极结合在一起。科学家称其为Brainoware的创作。它处于开发的胚胎阶段,但它已经可以执行复杂的任务,例如语音识别。首席研究员冯郭博士希望他的柔和的软件将有助于推进AI技术。这也可能意味着AI硬件的能量要比仅使用硅芯片少得多。郭博士说:“这只是证明我们可以完成这项工作的概念。我们还有很长的路要走。”
摘要 深部脑刺激是一种基于设备的神经外科技术方法,是治疗帕金森病运动障碍的独特而专门的方法。它的基本功能是减轻运动症状和恢复运动功能。然而,在脑的 STN 中插入小微电极是一项复杂的任务。嵌入微传感器(微电极)和编码 DBS 设备具有挑战性,并且是最终结果/临床结果的主要量化重要因素。本研究介绍了最新的科学成果——帕金森病研究,并强调了包罗万象的众所周知的网络与精确达到目标的 DBS 相结合的重要性。DBS 还为研究帕金森病大脑中各种皮层下结构的电活动(即振荡神经活动)提供了独特的机会。推进解剖结构和功能网络的目标,专注于病理神经活动的发明,将解决和改善 DBS 的临床结果并降低运动障碍。该研究还通过实验研究了目标皮层下结构和靶向方法的最新发现,并提出了全面细致的创新技术和创造性机制,这些技术和机制支持编码 DBS 技术并加速选择内置生物反馈信号中的参数期望,即 DBS 中整合的生物标志物和局部场电位,现在被定义为自适应闭环 DBS 系统。这些科学进步的重点是实现通过最不可能/最不可能的运动障碍来预防主要运动特征。增强对涉及病理神经元和神经活动的计算生成的解剖结构和功能网络的针对性将在临床和预后上推进 DBS 效应,并消除运动障碍和构音障碍(不良影响)。
横跨整个大脑的互连 — 表明在不久的将来具有巨大的潜力,主要关注解决电气、光学和微流体神经接口相关机会的设备技术 [4]。尺寸在微米和纳米范围内的三维 (3D) 功能系统的进展在广泛的电气、光学和生物背景下越来越重要,尤其是在构建功能性 3D 结构和/或设备方面 [5]。具有精确定义的尺寸和微电极配置的柔性 3D 电子支架,旨在实现相对于其他方法更高水平的功能控制和调节,可用于通过电刺激监测和控制功能,因此在许多领域提供机会 [6]。
覆盖整个大脑的互连——这预示着在不久的将来会有巨大的潜力,主要关注的是解决电、光和微流体神经接口相关机会的设备技术 [4]。微米和纳米级三维 (3D) 功能系统的进展在广泛的电、光和生物背景下具有越来越重要的意义,尤其是在构建功能性 3D 结构和/或设备方面 [5]。具有精确定义的尺寸和微电极配置的柔性 3D 电子支架旨在实现相对于其他方法更高水平的功能控制和调节,可用于通过电刺激监测和控制功能,因此为许多领域提供了机会 [6]。
神经工程的最新进展表明,通过长期植入的微电极阵列从受试者的前额叶皮层(PFC)收集的局部田间电位(LFP)信号是用于设计鲁棒和弹性大脑 - 计算机接口(BCIS)[1-4]的峰值计数记录的可靠替代方法。非参数回归的理论已证明对基于LFP的解码器的成功至关重要。如[4,5]所述,非参数回归在LFPS中的应用导致基于著名的Pinsker定理的基于复杂的基于频谱的特征提取技术的发展。与流行的特征提取方法相反,例如基于常规的功率谱密度(PSD)的解码器[6]或基于试验的空间协方差矩阵[7,8]的解码器,仅考虑了LFP信号振幅中存储的信息,Pinsker的特征
摘要:本研究描述了一种现象学方法,用于自动确定正负介电泳 (DEP) 的频率范围——一种可用于大规模并行微纳米组装的电动力。实验装置由带有金微电极阵列的微加工芯片组成,该芯片连接到一个函数发生器,该函数发生器能够数字控制 1 V(峰峰值)的交流信号和 10 kHz 至 1 MHz 范围内的各种频率。乳胶微珠(直径 3 µ m)的悬浮液在 DEP 力的影响下被吸引或排斥在微电极上,这是施加频率的函数。珠子运动的视频通过连接到显微镜的数码相机捕捉。OpenCV 软件包用于对图像进行数字分析并识别珠子。通过人工智能 (AI) 算法比较已识别珠子的连续帧位置,该算法确定微珠的云行为,并通过算法确定珠子是否受到电极的吸引或排斥。根据确定的珠子行为,算法将增加或减少应用的频率并执行由计算机控制的函数发生器的数字命令。因此,研究平台的运行完全自动化。AI 引导平台已确定正 DEP (pDEP) 在 500 kHz 频率以下活跃,负 DEP (nDEP) 在 1 MHz 频率以上有证据,交叉频率在 500 kHz 和 1 MHz 之间。这些结果与之前发表的通过实验确定的乳胶微珠的频率相关 DEP 行为一致。本研究描述的由实时 AI 引导反馈回路辅助的现象学方法将有助于主动操纵系统以实现期望的现象学结果,例如在电极处收集粒子,即使由于相互作用力的复杂性和多样性,无法进行基于模型的预测。
微纳器件与技术研究是信息科学与生命科学交叉领域的重要前沿,在神经科学和医学应用领域具有重要的战略意义和良好的应用前景(Liu et al.,2020)。随着微纳加工技术的快速进步,创新的智能化、微型化、集成化器件不断涌现,在检测和调控方面具有独特的优势。值得注意的是,将微纳器件与神经科学和临床医学相结合,可以解决科学前沿问题并培育新的研究热点。癫痫是一种主要的神经系统疾病,影响着全球超过六千万人,严重影响他们的健康和生活质量(Bernhardt et al.,2019)。研究相关神经回路内神经活动的变化对阐明癫痫的发病机制和治疗方法至关重要。可植入微电极阵列能够高质量地记录信号和解码神经信息,在脑机接口方面具有巨大的应用潜力(Wang 等人,2024 年)。Han 等人设计并制造了一种可植入微电极阵列,专门用于癫痫大鼠基底神经节纹状体区域的电生理信号检测和分析。对癫痫发作期间纹状体的电生理数据的分析为了解颞叶癫痫发作初期和潜伏期期间纹状体神经活动的动态过程提供了宝贵的见解。这一理解有助于揭示癫痫的神经机制,同时促进相关治疗方法的进步。疼痛是一种情绪和不愉快的感官体验,会对生活和工作的各个方面产生重大的生理和心理影响。纳米技术的最新进展为利用各种纳米材料和靶向表面的创新止痛策略铺平了道路
在这项研究中,我们报告了一种可柔性的4通道微电极探针,该探针涂有高度多孔和可靠的纳米复合材料的聚(3,4-乙基二氧噻吩)(PEDOT)(PEDOT)和碳纳米纤维(CNF),作为固体掺杂模板,用于固体掺杂模板,以实现高强度录制效果。通过原位电化学聚合技术开发了一种简单而良好的控制策略,该技术在灵活的4通道金微电极探针上创建PEDOT和CNF的多孔网络。不同的形态和电化学特征表明,它们具有显着且优异的电化学特性,产生了相结合高表面积,低阻抗(16.8±2mΩ.mmghz时2 kHz)和升高的电荷入口功能(超过那些pure and Pure dup pul of Pude)的微电化学特性。此外,PEDOT-CNF复合电极表现出延长的双相电荷周期耐力,导致长期电刺激的物理分层或降解可忽略不计。在小鼠脑切片上进行体外测试表明,它们可以记录自发的振荡场电位以及单单元的动作电位,并允许安全地提供电刺激以唤起磁场电位。 PEDOT-CNF复合电极的组合上级电性能,耐用性和3D微结构拓扑表现出开发未来神经表面接口应用的杰出潜力。在小鼠脑切片上进行体外测试表明,它们可以记录自发的振荡场电位以及单单元的动作电位,并允许安全地提供电刺激以唤起磁场电位。PEDOT-CNF复合电极的组合上级电性能,耐用性和3D微结构拓扑表现出开发未来神经表面接口应用的杰出潜力。
最近已经提出了大量的自由流量亚MM和MM植入式装置,作为神经科学中的下一代记录和刺激技术[1]。 这些设备可以比采用固定电极放置的整体微电极阵列(MES)[2],[3]的常规方法进行高空间和时间分辨率记录和刺激涵盖大脑更大的大脑区域。 此外,拟议的游离植入物技术提供了较小的侵入性植入过程,对长期疤痕的安全性和鲁棒性提高[4]。 随着脑表面覆盖面积的增加,这些植入物的数量迅速增长。 大量植入物引入了从外部设备的无线电源传输设计中引入的新挑战。 通过超声耦合,电感耦合和电容耦合,已实现了无线电源传递到小型植入物。 在深度植入深度的情况下,超声耦合是有利于植入物在单个芯片上的整合,并且对未对准的较高敏感性有利电感和电容式耦合[5]。大量的自由流量亚MM和MM植入式装置,作为神经科学中的下一代记录和刺激技术[1]。这些设备可以比采用固定电极放置的整体微电极阵列(MES)[2],[3]的常规方法进行高空间和时间分辨率记录和刺激涵盖大脑更大的大脑区域。此外,拟议的游离植入物技术提供了较小的侵入性植入过程,对长期疤痕的安全性和鲁棒性提高[4]。随着脑表面覆盖面积的增加,这些植入物的数量迅速增长。大量植入物引入了从外部设备的无线电源传输设计中引入的新挑战。通过超声耦合,电感耦合和电容耦合,已实现了无线电源传递到小型植入物。在深度植入深度的情况下,超声耦合是有利于植入物在单个芯片上的整合,并且对未对准的较高敏感性有利电感和电容式耦合[5]。