DNA质粒的转化可能对克隆和蛋白质表达有益。在DNA克隆的初始步骤涉及质粒和基因插入物的限制消化,然后连接到质粒上的插入片段后,在细胞复制质粒的复制之前,仍然存在单链DNA尼克斯,必须由宿主细胞的DNA修复机器修复。细菌菌株(例如常见克隆菌株DH5α)已开发具有特定于克隆应用的特征。3已生成其他细菌菌株,例如BL21菌株,以促进靶基因在纯,完整,转化的质粒上受控的蛋白质表达。4这些细胞应变修饰的例子包括淘汰非必需的蛋白酶以最大化靶基因的蛋白质表达。请记住,可以在转化中使用许多不同类型的细菌菌株,所有这些菌株对不同的应用都有不同的修改。由于转化技术利用了细菌接受基因组DNA的能力,因此已经建立了特定的方法来最大程度地提高基因转移效率。通常,这些技术涉及某种形式的刺激,这些刺激使细菌外膜在短时间内更可渗透,从而可以摄取DNA。当前使用的两种最常见的转化技术是电击细菌菌株的化学胜任细菌菌株的热冲击(电击)。这些细胞的热休克在细胞膜中打开孔,允许进入质粒DNA。在前者中,用氯化钙处理细胞,以使细胞膜更可渗透,并促进质粒DNA附着在细菌细胞膜上。5电穿孔在细菌细胞壁中产生孔,并通过溶液中细胞的电脉冲进入质粒DNA。6平均而言,相对于热震动的转化,电穿孔在质粒摄取中产生较高的效率,并且不需要对细胞的任何化学处理。但是,电穿孔更昂贵,因为它使用电氧化器和专门的比色皿将电荷传递给溶液中的电池。必须根据可用资源和实验的所需转换效率做出方法的选择。转化后,细胞必须在营养丰富培养基中短暂生长(通常使用SOC培养基)中从冲击中恢复过来,然后可以将细胞粘贴在包含适当抗生素的LB琼脂平板上,以选择成功接受的细胞
诺亚·托马森 诺克斯维尔韦伯学校 摘要 视频游戏的输入方式多种多样,包括键盘、鼠标、控制器和许多其他方法。脑电图 (EEG) 是一种戴在头上的帽子,可以检测大脑中的电信号。这种设备正被视为传统控制器的替代品或补充。EEG 可以与计算机一起使用,成为脑机接口 (BCI),在游戏和来自大脑的直接信号之间建立反馈回路。BCI 越来越多地用于视频游戏,无论是用于娱乐还是严肃目的。在本文中,我们回顾了 BCI 的组成部分,并评估了其在视频游戏中的总体使用状态。我们描述了 EEG、要测量的输入、常见的预处理技术和不同的机器学习算法。我们评估了游戏制作方面,讨论了制作的各种游戏。我们在论文的最后列出了当前不同学科的局限性,并指出了可能需要进一步创新才能使该技术普及的领域。简介 传统视频游戏通常使用键盘和鼠标输入来控制游戏中的特定动作。其他输入包括游戏手柄和手持控制器,甚至可能是方向盘。所有这些都需要用手来移动或按下组件。过去几十年来,人们一直在尝试一种新颖的输入方法,即使用来自用户大脑的原始电信号。该过程包括使用特定方法解码这些信号,以完全绕过身体的附属物。这实际上使用户能够用他们的思想来控制游戏。由于输入方法不需要用户移动,因此它也可以用作传统方法的补充,而不是替代。虽然这项技术有点新,并且有许多局限性,但这是一个很有前途的领域,能够展示大脑信息传输和解码的状态。本文介绍了该领域的现状和术语,以及可以进一步研究的内容。测量方法该过程的很大一部分是首先选择用于测量的仪器。脑机接口 (BCI) 的正式定义是一种试图建立从大脑到外部计算机的直接通信渠道的系统,绕过诸如周围神经系统之类的自然通信渠道 (Blankertz 等人,2007)。它在大脑和外界之间创建实时循环交互。BCI 的输出会影响用户的意图,进而影响构成输出的大脑信号的解码 (Wolpaw,2013)。该系统的一部分是一种通过检测神经动作电位的极小电脉冲来捕捉神经活动的设备。其中大部分都包含在大脑周围的直接区域内,但一小部分可以穿透到头皮(Kuzovkin,2011)。这带来了检测这些微小电脉冲的不同方式,通过可以戴在头上或通过手术植入的设备,产生了不同类型的 BCI,具有不同程度的优点和缺点。皮层下或皮层
卢森堡,2024年7月15日,肠道微生物组:一种预测多发性硬化症的“水晶球”研究发现,在一项爆发的研究,营养,微生物组和免疫研究小组中,肠道危险因素可以预测疾病神经退行性疾病,多发性硬化症(MS)。新研究表明,某些肠道微生物因子可以预测这种虚弱的自身免疫性疾病的敏感性和进展。这项研究发表在著名的自然微生物学杂志上,确定了微生物“风险因素”或“生物标志物”,以预测MS的发展和严重性,对疾病诊断和管理具有重要意义。MS是一种炎症性脱髓鞘状况,影响了全世界估计有180万人。它是由于对髓磷脂的自身免疫性攻击,脑和脊髓神经周围的脂肪绝缘材料,这破坏了通过神经通过神经发送到身体其余部分的电脉冲,并导致疤痕称为斑块或硬化症。识别可用于预测MS疾病风险的参数是研究的重要领域,因为对潜在风险预测因素知之甚少。最近,肠道微生物组与神经退行性疾病有关,尽管与健康个体相比,在MS患者中报告的重要差异是其组成的重要差异,尽管特定微生物风险因素在疾病发作中的因果和功能作用仍然难以捉摸。在这种情况下,为了确定MS易感性或进展是否可以通过肠道微生物组的组成来预测,由LIH的Mahesh Desai教授领导的研究小组使用了MS的临床前模型,实验性的自身免疫性脑脊髓炎(EAE),以调查肠道微生物组的功能疗效,以及如何构成的官能机构,以及如何构建功能疗效的响应。微生物组。“这种方法使我们能够更好地研究单个宿主 - 微生物相互作用如何影响疾病的可预测性,从而克服了仅查看受MS影响和健康个体之间细菌物种相对丰富性的方法的局限性,这些人无法解释疾病易感性和进展中观察到的个体差异。”“的确,基于微生物群特征进行疾病课程的预测通常是可能的,但它并不像调查社区成员存在或丰富性那样简单。”通过在不同的遗传背景的小鼠中采用临床前模型,具有独特的复杂微生物群,研究人员揭示了特定细菌的双重作用,即Muciniphila的双重作用,其丰富性与多个MS COHORTS的疾病的疾病在不同地区的疾病中呈正相关。在本研究中,该小组研究了该细菌的因果作用,发现它与某些微生物组组成的小鼠的疾病发育较低有关,但在存在其他细菌的情况下,疾病的严重程度也会增加。
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
研究深脑刺激(DBS)的临床研究提供了其在帕金森氏病(PD)(PD)和肌张力障碍(1)等运动障碍中运动症状治疗中的有效性的证据。深脑刺激涉及通过定义振幅,宽度和频率的电脉冲来刺激特定的大脑结构。脉冲是由通过植入的电线连接到靶向位于特定脑结构邻近的电极阵列的植入脉冲发生器(IPG)生成的。阵列中的电极可以具有环形或分段(即定向),后者的径向跨度较小,可以传递更大的局灶性刺激,从而导致临床良好的效果(2-6)。然而,DBS中的方向潜在线在植入程序中涉及新的挑战,因为方向引线的最终方向通常会随着预期的方向而偏离(7)。因此,取决于IPG的电子架构的引导刺激场的准确性在方向性DBS中起重要作用。市售的DBS系统使用电压控制或电流控制的电子体系结构。电压控制的系统在刺激的电极处设置了固定电压,而电流受控系统设置了固定的电流(8)。这两个架构可以合并单个源或多个来源来生成脉冲。单源体系结构可以通过同时激活一个电极或多个电极来传递刺激。在后一种情况下,称为共激活(9),由单个源控制的脉冲振幅将根据激活电极的阻抗的比率按比例分配。因此,为了共同激活,更多的电流会流过较低阻抗的电极。多个源体系结构可以明确指定由每个同时激活的电极独立传递的脉冲振幅。这种体系结构与电流受控体系结构相结合,可确保将传递给每个电极的总电流保持恒定,而不管总电极阻抗中的变化如何或活性电极之间的阻抗比。此功能可以控制DBS中的刺激场的控制转向(10)。多个独立电流控制技术(MICC)是多源和当前控制体系结构组合的一个示例。具有单一源或多个源体系结构的商业刺激器,还可以通过通过铅或电极传递多个脉冲序列来控制刺激时间。从历史上看,DBS中的这种能力被称为交织(11),最近被称为多刺激集(MSS)刺激(9)。交织/MSS涉及替代方案,因此不同时激活具有定义的脉冲振幅(电压或电流)的单电极,从而导致多个刺激率局部的交替(打击)产生。相互交织/MSS被建议作为刺激场转向选项,因为在这些刺激场的交点中,神经组织的频率将比在交叉点外(12)刺激。
2英国牛津大学牛津大学牛津大学综合生物学培训中心3英国牛津大学生物化学系4对这项工作 *相当贡献 *通讯作者摘要的生物电子设备,这些设备是无绳和软的,在医学,机器人和化学计算中的开发项目的前线。在这里,我们描述的是生物启动的合成神经元,完全由柔软的柔性生物材料组成,能够在厘米距离内快速电化学信号传递。像天然细胞一样,我们的合成神经元从其末端释放神经递质,从而启动下游反应。神经元的成分是通过脂质双层连接的纳米液水滴和水凝胶纤维。传输是通过轻驱动泵向上游双层驱动的,并通过离子传导蛋白孔介导。通过将多个神经元捆绑成合成神经,我们表明不同的信号可以同时沿平行轴突传播,从而传递时空信息。合成神经可能在下一代植入物,软机器和计算设备中起作用。引言生物电子学的新兴领域主要集中于可植入和可穿戴的医疗设备的开发,这些设备可调节目标组织的生物电活性以产生治疗作用1-5。类似的技术正在加速机器人技术6,7和计算设备8-12的进度。然而,由于其僵硬的电极阻碍,传统设备尚未发挥其全部潜力。机械性能不是生物电子学所面临的唯一问题。这种电极通常会随着时间的流逝而降解,从而导致与活细胞的通信失去。此外,刚性电极材料,例如金属,产生较差的设备 - 组织界面,导致细胞的不加区分靶向,组织损伤3。解决这些局限性的努力涉及用软或生物组件13,14封装电极,或者专注于电极微型化和提高的柔韧性4,13。然而,这种修改无法改变这些材料的固有机械性能,这意味着它们仍然太僵硬,无法满足生物组织的机械要求3。常规电极仅限于使用电脉冲(场和电流)作为活细胞检测的信号2,4。但是,在细胞通信中,信号在很大程度上基于离子和分子的释放15,16。通过用软电极材料(例如导电17-20)替换设备中的传统电极来取得进展。随着生物相容性和柔韧性的改善,由这些材料构建的设备涉及许多常规技术的固有局限性。例如,软电极材料已被用于介导离子信号传导,从而提供了与组织20-22的增强界面,但到目前为止的方法已经是
深部脑刺激 (DBS) 是一种神经外科手术,目前正在对难治性抑郁症 (TRD) 患者进行试验。该手术涉及在被认为与抑郁症精神病理学相关的特定大脑区域植入电极。连续电脉冲从位于患者胸部的电池 (植入式脉冲发生器;IPG) 通过皮下导线发送到大脑。一系列目标区域已对 TRD 进行了试验,包括胼胝体下扣带回 [ 1 , 2 ]、腹侧囊/腹侧纹状体 [ 3 , 4 ]、内侧前脑束 [ 5 , 6 ] 和伏隔核 [ 7 , 8 ]。终纹床核 (BNST) 是近期关注的目标 [ 9 , 10 ],也是本样本的植入部位。DBS 已证明能够显着有效地缓解抑郁症状 [ 11 ]。然而,不同研究的反应率和缓解率差异很大,最佳患者特征、刺激参数和植入部位仍在研究中[12]。尽管 DBS 治疗 TRD 的有效性和安全性仍在临床试验中进行研究,但结果好坏参半[13],但尚未深入研究患者使用 DBS 的体验及其对所经历的社会心理变化的看法。DBS 对护理人员和家人的影响也未得到充分研究,无论是从定量还是定性角度。涉及 TRD 的 DBS 候选人的定性研究仅限于决策、同意能力[14-16]和对新兴闭环系统的态度[17]等问题。这些都是需要考虑的重要伦理问题,特别是在为潜在脆弱个体提供实验性治疗时[18,19]。但它们并未深入了解 DBS 的生活体验或其更广泛的社会心理影响。对因帕金森病 (PD) 等其他临床适应症而接受 DBS 的患者进行的定性研究已通过这种方法学方法获得了重要的见解[20]。对于 PD 患者,患者和护理人员描述了 DBS 后患者性格出现的积极和消极变化(例如,更有趣、开放、健谈;更具攻击性、自私、安静)[21]。随着 PD 症状的改善,患者和护理人员可以感觉到患者恢复了往日的自我[22]。但是,当患者出现意想不到的副作用(例如,易怒、强迫行为)时,配偶会觉得他们不再是同一个人的丈夫[23]。一些患者报告称,他们心理上难以接受植入的电气设备,并且身体形象发生改变,而护理人员在伴侣不再依赖他们时会感到“失落”[24]。对于强迫症 (OCD),患者将 DBS 后的变化描述为与他们所感知的真实自我或多或少一致,需要习惯现在的状态,或者需要找出没有强迫症的自己是谁 [ 25 ]。这些复杂且高度微妙的心理社会体验无法通过临床试验中使用的定量精神病理学和评估工具来捕捉。然而,它们可能对康复以及患者和护理人员的健康产生重大影响。因此,本研究的目的是定性地研究 DBS 治疗 TRD 如何影响患者的个性、自我
了解心脏的功能并监测其健康在现代医疗保健中至关重要。生命体征(包括心率)是心血管福祉的基本指标,并提供了至关重要的信息,以诊断和管理各种心脏病。对心率变化的持续评估可以帮助检测异常,确定潜在的风险并指导适当的干预措施,最终改善患者的预后[1]。评估心率和心脏特性活性最广泛的方法之一是心电图(ECG)。心电图是一种非侵入性的诊断工具,可记录由心脏产生的电脉冲,对其节奏,传导和整体性能的宝贵见解。ECG系统已经彻底改变了心血管医学,为临床医生提供了一种可靠的方法来评估心脏健康并就患者护理做出明智的决定[2]。通过ECG测量心脏的电活动,涉及将电极放置在皮肤表面上,该电极检测和传输心脏肌肉产生的电信号。这些信号(称为心电图波形)代表心脏周期中心脏不同区域的去极化和复极化。通过分析这些波形,医疗保健专业人员可以评估心脏的节奏,识别心律不齐,并检测缺血或心肌梗塞的迹象[3]。ECG测量通常在各种临床环境中进行,包括医院,门诊诊所和救护车。技术的进步导致了具有实时物联网的便携式和可穿戴的心电图设备的开发,从而可以长期监测传统健康环境之外的心脏活动[4,5]。将来,ECG设备将具有许多优势,例如心律不齐,远程患者监测,实时数据传输到医疗保健提供者,以及评估在不受欢迎环境中测量的信号质量的算法[6]。便携式ECG设备使个人有能力积极参与其心血管健康的管理,促进早期干预并有可能预防严重的心脏事件。对心电图记录的解释需要专业知识和实验。熟练心电图学的临床医生可以辨别波形的细微变化,识别异常并进行准确的诊断。然而,对心电图分析的需求不断增长以及对迅速结果的需求促使探索自动化算法和人工智能(AI)技术以帮助ECG解释。这些事态发展有望提高效率,减少诊断错误并扩大获得优质心脏护理的机会[7]。预期的应用是快速的质量伤亡分类,其中简化的3铅ECG系统可以提供快速的心脏筛查,以优先考虑对批评患者的治疗。在混乱的紧急情况下,将患者分类为类别至关重要,我们系统的想法是实现快速生命体征评估以帮助迅速分类决策。在本文中,我们的目标是深入ECG测量的复杂性,并探索用于低噪声生物能力测量的ADS1194集成电路。我们用三个电极,不同的铅配置讨论了测量,并显示
经过半个世纪的微型化,微电子技术面临着两大问题,即缩小尺寸极限和能耗。为了克服这些挑战,新策略的探索包括寻找新材料、新物理和新架构。在此背景下,量子材料引起了广泛关注。特别是,作为一类广泛的量子材料的莫特绝缘体,根据传统的能带理论预计是金属的,但由于现场电子-电子排斥而具有绝缘性。在这样的系统中,电子掺杂或外部压力可能会驱动绝缘体到金属的转变 (IMT),并导致高 Tc 超导或巨磁电阻等显著特性。在过去的几十年里,莫特绝缘体中的填充或带宽控制 IMT(即莫特转变)一直是基础研究的热门话题 [1]。然而,由于一个非常简单的原因,这些 IMT 在应用中的使用仍然相当稀少。事实上,在实际设备中,压力或掺杂并不是容易控制的参数。我们 IMN 的研究小组证明,电场是破坏莫特绝缘状态并诱导绝缘体向金属转变的有效参数 [2]。我们首先证明了单晶上的非挥发性和可逆性转换,并进一步在多晶薄层上验证了莫特绝缘体家族的几个成员的转换 [3]。这种现象被称为“电莫特转变”(EMT),在微电子应用方面前景广阔,并可能为基于莫特绝缘体的新型电子器件打开大门,称为 Mottronics [4]。进一步的研究表明,这种 EMT 是由大量热电子的产生引起的,导致丝状导电路径内发生电子雪崩 [5]。我们证明了这种机制正在驱动具有不同化学成分的多种莫特绝缘体中的 EMT,例如硫族化物 AM 4 Q 8(A=Ga、Ge;M=Nb、V、Ta、Mo;Q=S、Se、Te)和 Ni(S、Se) 2、氧化物 (V 1-x Cr x ) 2 O 3 和分子系统 Au(Et-thiazdt) 2 [6]。非挥发性 EMT 的特性适合于信息存储:“莫特存储器”与基于金属氧化物 (OxRAM) 或相变材料 (PCRAM) 的 ReRAM 相比显示出明显的优势 [7]。此外,我们还表明,受到一连串电脉冲作用的莫特绝缘体可能基于挥发性 EMT 表现出泄漏集成和起火行为。因此,莫特绝缘体可以复制人类大脑中神经元的主要功能,这使得它们可能适合构建人工神经元和硬件人工神经网络 [8]。一个有趣的颠覆性解决方案确实是用节能的人工神经元和突触“硬件”网络(即基于莫特绝缘体的构建块)取代能源密集型的软件网络。从长远来看,我们最近基于超快激光的研究表明,在基于 Mott 绝缘体的电光或全光设备中,可以实现皮秒范围内的最终切换时间 [9]。本演讲将首先回顾电 Mott 跃迁以及此特性所实现的新功能。然后,它将介绍一些 Mottronics 设备的示例,特别是用于数据存储和人工智能应用的示例。
斯科特·加尔斯特空军研究实验室 俄亥俄州赖特-帕特森空军基地 面部肌电图 (fEMG) 是一种肌电图测量技术,主要用作测量情感的工具,但之前的实验表明,它也有助于量化认知工作量。在当前的研究中,实时监测了两个与任务无关的面部肌肉,皱眉肌和额外侧肌,以确定它们是否对遥控飞机 (RPA) 任务环境中的工作量变化敏感。应用实时信号处理技术从窗口 fEMG 数据中得出中值幅度和零交叉率。对这些特征的统计分析确定,这两种肌肉都对特定工作量操纵的变化很敏感。这项研究表明,从上述肌肉中提取的实时 fEMG 特征有可能作为或有助于认知工作量的指标。未来的工作旨在改进 fEMG 数据收集技术,以产生更灵敏、更具代表性的适合工作量评估的测量方法。长时间保持警惕的能力对于航空航天领域的许多职位来说都至关重要。例如,飞行员、传感器操作员和空中交通管制员必须保持高水平的态势感知,以确保最佳的安全和性能。认知工作量是决定操作员在防止危险后果所需水平上执行能力的重要因素 (Young & Stanton, 2002)。认知超负荷和负荷不足都会导致性能下降,而适度的认知唤醒有助于实现理想的性能能力 (Cohen, 2011)。为了减轻航空航天操作员的警觉负担并帮助他们保持理想的表现,开发了感知-评估-增强 (SAA) 框架,以识别和缓解各种任务环境中的认知工作量不平衡 (Galster & Johnson, 2013)。由于认知工作量的变化已被证明与各种生理事件相关,因此可以应用该框架来感知航空航天操作员产生的一系列生理指标,将这些指标纳入可以评估操作员认知状态的模型中,然后增强操作员的表现以减轻认知超负荷或负荷不足引起的绩效下降 (Wilson & Russell, 2007; Hoepf, Middendorf, Epling, & Galster, 2015; Hoepf et al., 2016)。用于评估工作量 (Hoepf et al., 2016)。为了使基于 SAA 的工作负荷建模方法能够在广泛的任务环境中发挥作用,必须将大量生理测量作为模型的输入。操作员执行的任务的性质可能决定了每种生理测量(皮质、心脏等)的有用性。例如,在心算类型的任务中,发现皮质测量与工作负荷有很好的关联,而心脏测量对主要需要使用仪器的飞行任务中的工作负荷很敏感,而眼部测量与高度依赖视觉的飞行任务中的工作负荷有关(Hankins & Wilson,1998)。许多心理生理学家和工程师正在研究各种生理测量与认知工作负荷之间的相关性,试图进一步提高实时模拟个人认知状态的能力。面部肌电图 (fEMG) 是最近被探索作为认知工作负荷潜在指标的生理信号之一。fEMG 是一种肌电图 (EMG) 测量技术,通过感应和放大产生的微小电脉冲来描述肌肉活动