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DC電源插座無線傳感器的成功在動物大腦
一個團隊neuroengineers布朗大學(xué)的基礎(chǔ),我們已經(jīng)開發(fā)了一個完全植入式大腦和充電的無線傳感器能夠?qū)崟r寬帶信號傳遞到100個神經(jīng)元在自由移動的對象。
幾份低功率設(shè)備的小說,發(fā)表在《神經(jīng)工程,已經(jīng)在動物模型中表現(xiàn)良好,一年多來第一次在腦機接口字段。
腦-機接口可以幫助那些患有嚴重的麻痹控制設(shè)備與他們的想法。
Nurmikko Arto,布朗大學(xué)工程學(xué)教授負責(zé)設(shè)備的發(fā)明說:“這功能有點類似于手機,除非談話正在發(fā)送出去是大腦說無線的。”
神經(jīng)科學(xué)家可以使用這樣一個設(shè)備來觀察、記錄和分析大量的神經(jīng)元發(fā)出的信號在特定區(qū)域的動物模型的大腦。
與此同時,有線系統(tǒng)傳感電極使用類似的植入式腦-機接口正在調(diào)查研究,評估可行性,患有嚴重癱瘓移動輔助設(shè)備如機器人手臂或電腦光標通過考慮將手臂和手。
這個無線系統(tǒng)地址主要需要下一步在腦-機接口提供一種實用的,”神經(jīng)學(xué)家約翰多諾霍說,據(jù)布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授和主任布朗腦科學(xué)研究所。
在設(shè)備、一個藥丸大小的芯片電極植入大腦皮層上發(fā)送信號通過設(shè)計獨特的電氣連接到設(shè)備的激光焊接,密封鈦“可以”。
這個可以措施2.2英寸(56厘米)長,1.65英寸(42毫米)寬,0.35英寸(9毫米)厚和房屋整個信號處理系統(tǒng):鋰離子電池、超低功率集成電路設(shè)計在布朗為信號處理和轉(zhuǎn)換、無線電臺和紅外發(fā)射器和一個銅線圈用來充電。
所有的無線和充電信號通過一個電磁透明藍寶石窗口。
“什么使成就獨特的是它如何集成許多個人創(chuàng)新成一個完整的系統(tǒng)有可能為神經(jīng)科學(xué)增益大于部分之和,”大衛(wèi)Borton研究員表示,前布朗研究生和博士后研究助理,目前在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院。“最重要的是,我們顯示第一個完全植入神經(jīng)界面微系統(tǒng)操作無線超過12個月的大型動物模型——一個里程碑(人類)的潛在臨床翻譯。”
設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)在24 Mbps 3.2和3.8 Ghz通過微波頻率到外部接收器。經(jīng)過兩個半小時的費用,可以無線傳送通過頭皮通過感應(yīng),它可以連續(xù)工作超過6個小時。
“設(shè)備使用少于100毫瓦的電力,一個關(guān)鍵人物的功績,“Nurmikko說。
明陰,一個棕色的博士后學(xué)者和電氣工程師,說一個主要的挑戰(zhàn),團隊克服了在建筑設(shè)備是優(yōu)化其性能要求,鑒于植入裝置是小、功耗低、漏,可能幾十年。
“我們試圖做出最好的折衷關(guān)系關(guān)鍵規(guī)格的設(shè)備,如功耗、噪聲性能、無線帶寬和業(yè)務(wù)范圍,“陰說。“我們遇到的另一個主要挑戰(zhàn)是集成和組裝所有的電子設(shè)備的成一個小型包,提供長期hermeticity(防水)和生物相容性以及透明度到無線數(shù)據(jù)、力量和開關(guān)信號。”
與早期的貢獻由電氣工程師威廉帕特森在布朗,陰幫助設(shè)計定制芯片轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號到數(shù)字數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換必須在設(shè)備完成,因為大腦信號并不生產(chǎn)這些零一指令的計算機數(shù)據(jù)。
團隊密切合作與神經(jīng)外科醫(yī)生植入裝置在三豬和三個獼猴。在這六個動物的研究已經(jīng)幫助科學(xué)家們更好地觀察復(fù)雜的神經(jīng)信號長達16個月到目前為止。該項研究中,研究小組顯示了一些豐富的神經(jīng)信號,他們已經(jīng)能夠在實驗室記錄。最終這可能轉(zhuǎn)化為重大的進步,也可以通知人類神經(jīng)科學(xué)。
目前的有線系統(tǒng)約束行為的研究對象,Nurmikko說。無線傳輸?shù)膬r值是,它使受試者移動但是他們意愿,使他們能生產(chǎn)更多種類的更現(xiàn)實的行為。如果神經(jīng)科學(xué)家想觀察大腦信號過程中產(chǎn)生一些跑步或覓食行為,例如,他們不能使用電匯給傳感器研究神經(jīng)回路會形成這些行動和執(zhí)行計劃或制定戰(zhàn)略決策。
在實驗中,該設(shè)備被連接到一個數(shù)組的皮質(zhì)電極,微100個人神經(jīng)監(jiān)聽站,但是新裝置設(shè)計允許多個數(shù)組連接,Nurmikko說。這將允許科學(xué)家觀察神經(jīng)元群集在多個相關(guān)領(lǐng)域的大腦網(wǎng)絡(luò)。
新的無線設(shè)備不被批準用于人類和不用于臨床試驗的腦-機接口。它的設(shè)計,然而,與平移的動機。
Borton現(xiàn)在成為了發(fā)展之間的合作和布朗后續(xù)使用版本的設(shè)備來研究運動皮層的作用在帕金森病的動物模型。
與此同時,布朗團隊正在繼續(xù)推進裝置工作甚至更多的神經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸,減少它的大小,甚至進一步,提高其他方面的設(shè)備的安全性和可靠性,這樣就可以有一天被認為是為臨床應(yīng)用與運動障礙的人。
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