DC电源插座无线传感器的成功在动物大脑
一个团队neuroengineers布朗大学的基础,我们已经开发了一个完全植入式大脑和充电的无线传感器能够实时宽带信号传递到100个神经元在自由移动的对象。
几份低功率设备的小说,发表在《神经工程,已经在动物模型中表现良好,一年多来第一次在脑机接口字段。
脑-机接口可以帮助那些患有严重的麻痹控制设备与他们的想法。
Nurmikko Arto,布朗大学工程学教授负责设备的发明说:“这功能有点类似于手机,除非谈话正在发送出去是大脑说无线的。”
神经科学家可以使用这样一个设备来观察、记录和分析大量的神经元发出的信号在特定区域的动物模型的大脑。
与此同时,有线系统传感电极使用类似的植入式脑-机接口正在调查研究,评估可行性,患有严重瘫痪移动辅助设备如机器人手臂或电脑光标通过考虑将手臂和手。
这个无线系统地址主要需要下一步在脑-机接口提供一种实用的,”神经学家约翰多诺霍说,据布朗大学神经科学教授和主任布朗脑科学研究所。
在设备、一个药丸大小的芯片电极植入大脑皮层上发送信号通过设计独特的电气连接到设备的激光焊接,密封钛“可以”。
这个可以措施2.2英寸(56厘米)长,1.65英寸(42毫米)宽,0.35英寸(9毫米)厚和房屋整个信号处理系统:锂离子电池、超低功率集成电路设计在布朗为信号处理和转换、无线电台和红外发射器和一个铜线圈用来充电。
所有的无线和充电信号通过一个电磁透明蓝宝石窗口。
“什么使成就独特的是它如何集成许多个人创新成一个完整的系统有可能为神经科学增益大于部分之和,”大卫Borton研究员表示,前布朗研究生和博士后研究助理,目前在瑞士洛桑联邦理工学院。“最重要的是,我们显示第一个完全植入神经界面微系统操作无线超过12个月的大型动物模型——一个里程碑(人类)的潜在临床翻译。”
设备传输数据在24 Mbps 3.2和3.8 Ghz通过微波频率到外部接收器。经过两个半小时的费用,可以无线传送通过头皮通过感应,它可以连续工作超过6个小时。
“设备使用少于100毫瓦的电力,一个关键人物的功绩,“Nurmikko说。
明阴,一个棕色的博士后学者和电气工程师,说一个主要的挑战,团队克服了在建筑设备是优化其性能要求,鉴于植入装置是小、功耗低、漏,可能几十年。
“我们试图做出最好的折衷关系关键规格的设备,如功耗、噪声性能、无线带宽和业务范围,“阴说。“我们遇到的另一个主要挑战是集成和组装所有的电子设备的成一个小型包,提供长期hermeticity(防水)和生物相容性以及透明度到无线数据、力量和开关信号。”
与早期的贡献由电气工程师威廉帕特森在布朗,阴帮助设计定制芯片转换为神经信号到数字数据。转换必须在设备完成,因为大脑信号并不生产这些零一指令的计算机数据。
团队密切合作与神经外科医生植入装置在三猪和三个猕猴。在这六个动物的研究已经帮助科学家们更好地观察复杂的神经信号长达16个月到目前为止。该项研究中,研究小组显示了一些丰富的神经信号,他们已经能够在实验室记录。最终这可能转化为重大的进步,也可以通知人类神经科学。
目前的有线系统约束行为的研究对象,Nurmikko说。无线传输的价值是,它使受试者移动但是他们意愿,使他们能生产更多种类的更现实的行为。如果神经科学家想观察大脑信号过程中产生一些跑步或觅食行为,例如,他们不能使用电汇给传感器研究神经回路会形成这些行动和执行计划或制定战略决策。
在实验中,该设备被连接到一个数组的皮质电极,微100个人神经监听站,但是新装置设计允许多个数组连接,Nurmikko说。这将允许科学家观察神经元群集在多个相关领域的大脑网络。
新的无线设备不被批准用于人类和不用于临床试验的脑-机接口。它的设计,然而,与平移的动机。
Borton现在成为了发展之间的合作和布朗后续使用版本的设备来研究运动皮层的作用在帕金森病的动物模型。
与此同时,布朗团队正在继续推进装置工作甚至更多的神经数据传输,减少它的大小,甚至进一步,提高其他方面的设备的安全性和可靠性,这样就可以有一天被认为是为临床应用与运动障碍的人。
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