结果:在急性时间尺度上,我们观察到电极插入机械创伤造成的结构损伤,证据是电极路径中的树突断裂和局部低荧光。在植入电极和仅有窗口的动物中,浅表血管生长和重塑都在最初几周内发生,但仅有窗口动物中明显的深层毛细血管生长在植入电极的动物中受到抑制。在较长的植入期后,有证据表明电极路径浅表的横断树突退化和局部神经元细胞体丢失,同时电极附近深层血管速度发生变化。所有动物的总尖峰率 (SR) 在植入后 3 至 9 个月达到峰值,然后下降。局部场电位信号在长达 6 个月的时间内保持相对恒定,尤其是在高伽马波段,表明电极长期存活并且神经元在距离电极较远的地方具有功能,但在后期时间点,一些动物的总尖峰率有所降低。最重要的是,我们发现逐渐的高伽马和SR降低均与局部细胞损失和电极100μm范围内毛细血管密度降低呈正相关。
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。
帕金森氏病(PD)是由基底神经节(BG)地区的细胞死亡引起的长期进行性的神经衰落疾病[1]。细胞死亡会导致多巴胺的缺乏效率,这负责控制人体运动[2,3]。结果,大脑中的通信模式受到影响[4]。PD会影响60岁以上的人们[5]。PD的特征是主要症状,包括僵硬,心动肌症[6],静肌震颤[7,8],僵化[9]和睡眠障碍[10]。因此,越来越多地使用深脑刺激(DBS)手术,以减轻病情恶化或不再对药物治疗反应的晚期PD患者的症状[11-13]。dbs是一种介入的介入,该处理包括电极在丘脑下核(STN)[14]或GLOBUS PALLIDUS(GPI)[15,16]的内部段中的植入,以便为这些特定的靶标提供高频率电脉冲[17]。因此,DBS铰链对在大脑中定位靶构型的有效治疗作用具有高精度,例如,相邻功能区域的刺激已被证明会对运动,情绪和认知功能引起不利的副作用[18]。此外,DBS电极的不准确定位导致多达40%的术后刺激有效性的病例[19,20]。发现STN内部的背外侧体感区域是为PD患者应用刺激的最佳场所[21]。用于计划电极插入轨迹的最常见方式包括磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)扫描[22]。然而,由于神经影像的分辨率限制[23],术中指导的其他辅助信息至关重要。因此,MER在DBS手术期间的实时测试中用于验证计划的轨迹,以实现目标结构内电极的最佳定位[24]。此外,使用MER信号对STN边界及其周围结构的术中划定可以通过克服大脑变形并解释由于脑玻璃体流体泄漏引起的解剖学转移来减少靶向误差[25]。MER允许在尖端大小约1升M的最接近电极附近捕获神经元的外电活动,然后,在通过扬声器聆听信号的同时,通过训练有素的神经科医生和/或神经外科医生在术中推断时间域行为[26]。尽管如此,对STN分割的MER信号的心理解释面临着几个挑战,例如,它们是非平稳的,具有复杂的信号模式[27]。此外,由于存在来自多个来源的伪影,例如手术室中的设备,患者言语,电极运动和血液[26]。此外,包括STN的解剖学挑战较小(约4*7*9毫米),大脑深处,并被结构包围,例如,底睾丸(SNR)和Zona Incerta(Zi)[28]。热热,从STN到SNR的不间断过渡和白质间隙的存在可能导致错误的标签